NO341855B1

NO341855B1 - Havbunnsbrønnhodeanordning og en fremgangsmåte for installering av samme

Info

Publication number: NO341855B1
Application number: NO20045394A
Authority: NO
Inventors: Alistair D Crozier
Original assignee: Vetco Gray Inc
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2018-02-05
Also published as: GB0427059D0; GB2408989A; GB2408989B; NO20045394L; US7240735B2; US20050126788A1

Abstract

Havbunnsbrønnhode omfattende et brønnhodehus (10) med en boring (12) med en rillet profil (14). En øvre del (12a) av boringen har en større diameter enn en nedre del (12b) av boringen, og en sentral konisk del (12c) av boringen forener den øvre delen (12a) av boringen og den nedre delen (12b) av boringen. Et tilkoblingslegeme (45) er anbrakt i brønnhodehuset (10). Tilkoblingslegemet (45) har en konisk del som grenser mot den sentrale koniske delen (12c) til boringen. En tetning (90) er festet mellom den sentrale koniske delen (12c) til boringen til brønnhodehuset (10) og den koniske delen til tilkoblingslegemet (45), ved grensa mellom brønnhodehuset (10) og tilkoblingslegemet (45). Et låseelement (80) blir båret på tilkoblingslegemet (45). Låseelementet (80) har ei ytre side som går i inngrep med den rillete profilen (14) til brønnhodehuset (10).

Description

Oppfinnelsen angår en havbunns-brønnhodeanordning og en fremgangsmåte for installering av en slik anordning ifølge den innledende del av henholdsvis patentkrav 1 og 15.

Bakgrunn

En havbunns-brønnsammenstilling gjennomgår flere installasjonsprosedyrer, omfattende prosedyrer for borings-, kompletterings- og produksjonsinstallasjon. Havbunnsbrønn-sammenstillingen vil ha et ytre, eller lavtrykks brønnhodehus, festet til en streng av lederør, som strekker seg en kort dybde inn i brønnen. Et indre, eller høytrykks brønnhodehus, anbringes i det ytre brønnhodehuset. En tilkobling for borestigerør blir tilkoblet til det indre høytrykks-brønnhodehuset. En fôringsrørhenger blir installert i brønnhodehuset, og høytrykks-brønnhodehuset blir festet til en ytre streng av fôringsrør, som strekker seg gjennom lederøret, til en dypere dybde inn i brønnen, hvoretter fôringsrøret blir sementert. Avhengig av de bestemte geologiske forholdene over målsonen, vil én eller flere ytterligere strenger av fôringsrør strekke seg gjennom den ytre strengen av fôringsrør, til økende dybder i brønnen, til brønnen har nådd sin endelige dybde.

Når boreoperasjonene er ferdige, blir borestigerør-tilkoblingen fjernet fra det indre høytrykksbrønnhodehuset. I én type havbunnsbrønn blir en produksjonsrørhenger installert i brønnhodehuset, inne i fôringsrøret, og en streng av produksjonsrør strekker seg inn i brønnen for produksjon. Deretter blir et produksjonstilkoblings-legeme med et produksjonsventiltre anbrakt på høytrykks brønnhodehuset, med forbindelse med produksjonsrørhengeren.

I tidligere utgaver av havbunnsbrønner, tetter en tetningsring av metall mellom høytrykks-brønnhodehuset og produksjonsventiltreet, ved randen til høytrykks brønnhodehuset. Dette resulterer i en tetningsring med forholdsvis stor diameter, som kan være vanskelig å anvende ved høye trykkforhold.

US 5,103,915 (Sweeney) beskriver et tilkoblingslegeme 25 som lander på en kant 17, men har ingen del som rager inn i brønnhodehuset som angitt i foreliggende krav 1. Låseelement 29 griper inn med en utvendig rillet profil 15, ikke en rillet profil i boringen. Sweeney har ingen rillet profil over ei konisk overflate 23, som angitt i foreliggende krav 1. Tetning 55 eller tetning 93 er lokalisert ved kanten eller øvre ende 17 av brønnhodehuset. Som et resultat må den innvendige diameteren av tetning 55 eller tetning 93 være lik den innvendige diameteren av boringen 13 ved den øvre enden av brønnhodehuset 11.

Sammendrag av oppfinnelsen

Ulempene med den kjente teknikk overvinnes med en havbunns-brønnhodeanordning ifølge den karakteriserende del av patentkrav 1 og en fremgangsmåte for installering av en slik anordning ifølge den karakteriserende del av patentkrav 15. Ytterligere fordelaktige trekk fremgår av de respektive uselvstendige patentkravene.

Oppfinnelsen tilveiebringer et havbunns-brønnhode med et brønnhodehus med en boring med en rillet profil. En øvre del av boringen har en større diameter enn en nedre del av boringen, og en sentral konisk del av boringen forener den øvre delen av boringen og den nedre delen av boringen. Et tilkoblingslegeme blir anbrakt i brønnhodehuset. Tilkoblingslegemet har en konisk del som grenser mot den sentrale koniske delen til boringen. En tetning er festet mellom den sentrale koniske delen til boringen til brønnhodehuset, og den koniske delen til tilkoblingslegemet, ved grensa til brønnhodehuset og tilkoblingslegemet. Et låseelement blir båret på tilkoblingslegemet. Låseelementet har en ytre side som går i inngrep med den rillete profilen til brønnhodehuset.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 viser et skjematisk utsnittsriss av en havbunns-brønnhodeanordning, med venstre kvart-del i en første stilling og høyre kvart-del i en andre stilling,

Figur 2 viser et forstørret riss av en tetning for brønnhodeanordningen i figur 1,

Figur 3 viser et skjematisk utsnitt av havbunns-brønnhodehuset i figur 1, men vist tilkoblet til en borestigerør-tilkobling, og

Figur 4 viser et forstørret riss av en tetning for brønnhodeanordningen i figur 3.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Selv om den følgende detaljerte beskrivelsen inneholder mange spesifikke detaljer for å illustrere, vil en fagmann forstå at mange variasjoner og endringer av de følgende detaljene er innenfor oppfinnelsens omfang. Følgelig er den eksemplifiserende utførelsen av oppfinnelsen beskrevet nedenfor, gitt uten tap av omfang og uten å legge begrensninger til oppfinnelsen.

Figur 1 viser et utsnitt av en havbunns-brønnhodeanordning, med en venstre kvart-del vist i en første stilling, og en høyre kvart-del vist i en andre stilling. Et høytrykks-brønnhodehus 10 er i en installert stilling i brønnhodehuset. Brønnhodehuset 10 har en boring 12 med en rillet profil 14. Den øvre delen 12a til boringen 12 er større i diameter enn den nedre delen 12b til boringen 12.

En sentral konisk del 12c til boringen strekker seg mellom og fører sammen den øvre delen 12a og den nedre delen 12b. I det minste én fôringsrørhenger 120 vil bli anbrakt i brønnhodehuset 10, for opplagring av en streng av fôringsrør som er sementert i brønnen.

En produksjonsrørhenger 15 blir anbrakt i den nedre boringsdelen 12b til høytrykks-brønnhodehuset 10, og opplagrer en streng av produksjonsrør 20 som strekker seg inne i fôringsrøret i brønnen. Brønnen vil produsere fluider gjennom produksjonsrøret 20. Et produksjonsrør-ringrom 25 finnes mellom produksjonsrøret 20 og høytrykks-brønnhodehuset 10. En produksjonsrørringromkanal 26 står i forbindelse med produksjonsrør-ringrommet 25, og er opplagret av produksjonsrørhengeren 15. Produksjonsrør-ringromkanalen 26 er forskjøvet anbrakt fra og mindre i diameter enn produksjonsrøret 20.

Det henvises til figur 1, hvor et tilkoblingslegeme 45 vises anbrakt i brønnhodehuset 10. Tilkoblingslegemet 45 er festet til eller omfatter den nedre enden til et produksjons-ventiltre 40 (bare delvis vist), for tilkobling av ventiltreet 40 til brønnhodehuset 10. Tilkoblingslegemet 45 har en konisk del 46 som anbringes i den sentrale koniske delen 12c til boringen 12, og har kontakt mot den sentrale koniske delen 12c. Tilkoblingslegemet 45 har hulrom ved sin nedre ende som med tetning går sammen med kanalene 20 og 26 i produksjonsrørhengeren 15. Gjennomganger 48 og 49 strekker seg gjennom tilkoblingslegemet 45 og går sammen med boringen 32 til produksjonsrør-ringrommet og en produksjonsboring 38 i ventiltreet 40. En tett kanal strekker seg således fra produksjonsrøret 20 til produksjonsboringen 38. En annen tett kanal strekker seg fra produksjonsrør-ringrommet 25 til boringen 32 til produksjonsrør-ringrommet i ventiltreet 40.

Tilkoblingslegemet 45 omfatter en flens 51 som anbringes på kanten 70 til høytrykks-brønnhodehuset 10. Ei nedovervendt sylindrisk hylse 71 strekker seg nedover fra flensen 51, for tett, glidende mottak på brønnhodehuset 10. Flere hydrauliske sylindre 65 er montert til den øvre siden til flensen 51. Hver hydrauliske sylinder 65 har et stempel 60 i sylinderen, som er tilkoblet en aktuatorring 50. Et flertall stenger 55 eller staver 55 er tilkoblet til en del av aktuatorringen 50, radialt innenfor stempelet 60. Stengene 55 eller stavene 55 strekker seg nedover gjennom hull i flensen 51.

Stengene 55 kobler aktuatorringen 50 til en aksialt bevegelig intern kamring 75, som er anbrakt i boringen til brønnhodehuset 10. Kamringen 75 kan om ønskelig være splittet for montering til tilkoblingslegemet 45, ettersom belastningene på kamringen 75 resulterer i hovedsakelig radial og ringformet belastning. I en første stilling støter den nedre enden til kamringen 75 mot en øvre ende til et låseelement 80, som vist på den venstre kvart-delen i figur 1. Låseelementet 80 blir båret på en oppovervendt skulder til tilkoblingslegemet. Låseelementet 80 omfatter fortrinnsvis en splittring, men kan også omfatte separate klammer, en C-ring, eller et tilsvarende element. Låseelementet 80 har en ytre side med en profil som går i inngrep med rillene 14. Låseelementet 80 er innrettet til å ekspandere over den nedre delen til tilkoblingslegemet 45 for montering.

Den innvendige radiale flata til kamringen 75 er hovedsakelig vertikal mot tilkoblingslegemet 45. Den ytre radiale flata til kamringen 75 er konisk, og tar anlegg mot eller støter mot ei indre konisk flate til låseelementet 80. Kurvene til profilen til låseelementet 80 er, før inngrep, anbrakt litt ovenfor og forskjøvet i forhold til profilrillene 14 på den øvre delen til høytrykks-brønnhodehuset 10. Men etter inngrep er låseelementet 80 helt i kontakt med profilrillene 14.

En tetning 90, så som en forspent 330-15,9 mm (13-5/8”) tetningspakning av metall, er anbrakt mellom høytrykks-brønnhodehuset 10 og tilkoblingslegemet 45, for å hindre fluid i å passere på utsiden av tilkoblingslegemet 45. Tetningen 90 er installert ved grensa mellom brønnhodehuset 10 og tilkoblingslegemet 45. Som vist i figur 1, er tetningen 90 tilpasset mellom den sentrale koniske delen 12c til boringen 12 til brønnhodehuset 10, og den koniske delen 46 til tilkoblingslegemet 45. En valgfri elastomer-reservetetning 85, så som en forspent parallell borings-metalltetning, kan valgfritt bli vertikalt anbrakt mellom grensa mellom den øvre delen til tilkoblingslegemet 45 og den øvre delen til brønnhodehuset 10. Elastomertetningen 85 fungerer som en reserve for tetningen 90.

Det henvises til figur 2. Én utførelse av tetningen 90, vist i figur 1, har en radialt utoverragende ribbe 91 og et par koniske bein 93, 95 som strekker seg i hovedsakelig motsatte retninger. Hvert av de koniske beinene 93, 95 har ei konisk tettende flate. Den ytre koniske flata til beinet 95 tar kontakt med og tetter imot en konisk del til tilkoblingslegemet 45. Den ytre koniske flata til beinet 93 tar kontakt og tetter imot den koniske delen 12c til boringen 12 til brønnhodehuset 10. Den nedre siden til ribben 91 er anbrakt på en oppovervendt skulder 96, innfelt i boringsdelen 12c til brønnhodehuset 10. Den øvre siden til ribben 91 passer imot en nedovervendt skulder 97 til tilkoblingslegemet 45. Den indre diameteren til tetningen 90 er omtrent den samme som diameteren til den nedre boringsdelen 12b. En holder (ikke vist) holder igjen tetningen 90 med tilkoblingslegemet 45, når tilkoblingslegemet 45 blir senket inn i boringen 12.

Figur 3 viser brønnhodeanordningen i figur 1 under boreoperasjoner. Det indre høytrykks-brønnhodehuset 10 blir anbrakt i det ytre lavtrykks-brønnhodehuset 112, som ikke er vist i figur 1. Et borestigerør-tilkoblingslegeme 150 er anbrakt på det indre brønnhodehuset 10. Når borestigerørtilkoblingslegemet 150 blir anbrakt på brønnhodehuset 10, går låseelementet 145, lignende låseelementet 80 vist i figur 1, i inngrep med en ytre rillet profil 140 på den ytre siden til brønnhodehuset 10. I det minste én fôringsrørhenger 120 er anbrakt i brønnhodehuset 10, for opplagring av en streng av fôringsrør som er sementert i brønnen. Fôringsrørhengeren 120 blir støttet av en skulderring 125, som blir støttet av en støttering 114. Skulderringen 125 beveger seg aksialt nedover fra en tilbaketrukket stilling ved innsetting av fôringsrørhengeren 120. Andre lastskuldre er mulige, omfattende stasjonære strukturer og andre egnete strukturer.

Det indre brønnhodehuset 10 har en kant 170 og ei konisk flate 155 som går sammen med kanten 170. Når borestigerør-tilkoblingslegemet 150 blir anbrakt på det indre brønnhodehuset 10, blir en metalltetning 160 anbrakt mellom den koniske delen 155 til brønnhodehuset 10 og en konisk del 165 til tilkoblingslegemet 150. Tetningen 160 er lignende tetningen 90 (figur 2), bortsett fra at den er noe større i diameter.

Figur 4 viser tetningen 160 med en ribbe 191 og et par koniske bein 193, 195 som strekker seg i hovedsakelig motsatte retninger. Hvert av de koniske beinene 193, 195 har ei konisk tetningsflate. Den ytre koniske flata til beinet 193 tar kontakt med og tetter imot den koniske flata 155 til brønnhodehuset 10, som går sammen med kanten 170 til brønnhodehuset 10. Den ytre koniske flata til beinet 195 tar kontakt med og tetter imot den koniske flata 165 til tilkoblingslegemet 150. Den nedre siden til ribben 191 blir anbrakt på den oppovervendte kanten 170 til brønnhodehuset 10. Den øvre siden til ribben 191 passer imot en nedovervendt skulder til tilkoblingslegemet 150. Den indre diameteren til tetningen 190 er omtrent den samme som den indre diameteren til den øvre delen av brønnhodehuset 10. En holder (ikke vist) holder igjen tetningen 190 med tilkoblingslegemet 150, når tilkoblingslegemet 45 blir anbrakt på brønnhodehuset 10.

I drift er det indre eller høytrykks-brønnhodehuset 10 anbrakt i det ytre brønnhodehuset 112. Borestigerør-tilkoblingslegemet 150 og borestigerøret (ikke vist) blir senket med det indre høytrykks-brønnhodehuset 10. Tetningen 160 blir båret av borestigerør-tilkoblingslegemet 150, og er i kontakt mot brønnhodehuset 10 og tilkoblingslegemet 150. Høytrykks-brønnhodehuset 10 blir festet til en ytre streng av fôringsrør, som strekker seg gjennom lederøret til en dypere dybde inn i brønnen, hvoretter fôringsrøret blir sementert. Avhengig av de bestemte geologiske forholdene over målsonen, vil ett eller flere ytterligere strenger av fôringsrør strekke seg gjennom den ytre strengen av fôringsrør, til økende dybder i brønnen, til brønnen har nådd sin endelige dybde.

Når boreoperasjonene er ferdige, blir borestigerør-tilkoblingslegemet 150 fjernet fra det indre høytrykks-brønnhodehuset 10, sammen med metalltetningen 160. En produksjonsrørhenger 15 er installert i brønnhodehuset 10 i fôringsrøret 120, og en streng av fôringsrør strekker seg inn i brønnen for produksjon. Et produksjons-tilkoblingslegeme 45 er festet til den nedre enden til produksjons-ventiltreet 40 og senket ned i sjøen, hvorved produksjons-tilkoblingslegemet 45 blir anbrakt i brønnhodehuset 10. Tetningen 90 vil bli båret på tilkoblingslegemet 45, og har kontakt med brønnhodehuset 10 og tilkoblingslegemet 45 når den er installert eller tilpasset i sin riktige stilling. Tilkoblingslegemet 45 tar anlegg mot den koniske boringsdelen 12c, og kanalene 48 og 49 går med tetning sammen med gjennomgangene 20 og 26, henholdsvis. Hylsa 71 glir over brønnhodehuset 10. Tilkoblingslegemet 45 vil være i en første stilling med stempelet 60 i sin øvre stilling, som vist på venstre kvart-del av utsnittet i figur 1.

Hydraulisk fluid blir så tilført for å bevege stemplene 60. Når stemplene 60 beveger seg nedover, presser stengene 55 kamringen 75 tilsvarende vertikalt nedover. Når den konete skråkanten på kamringen 75 blir presset nedover, påfører den ei kraft mot låseelementet 80, hvorved krafta har komponenter rettet både vertikalt nedover og radialt utover mot låseelementet 80. Krafta presser låseelementet 80 fra den initiale stillingen, forskjøvet i forhold til rillen 14 på den øvre delen til brønnhodehuset 10, til en stilling hvor profilene til både låseelementet 80 og rillen 14 treffer hverandre og låses fast på plass.

En annen resultantkraft fra den nevnte hydrauliske sylinderoperasjonen er krafta fra låselementet 80 mot en nedovervendt skulder til rillen 14. Idet kamringen 75 påfører ei kraft mot låseelementet 80, påfører videre låseelementet 80 ei nedoverrettet kraft mot tilkoblingslegemet 45, og fører til at tilkoblingslegemet 45 beveger seg vertikalt nedover en liten lengde. Flensen 51 forspenner mot den øvre delen til brønnhodehuset 10. Tilkoblingslegemet 45 forspenner mot tetningen 90, som igjen blir presset imot boringsdelen 12c. Den nedoverrettede bevegelsen fører til at tetningen 90 danner en metall-til-metall-tetning med boringsdelen 12c.

I denne oppfinnelsen gir tilkoblingslegemet strukturell forbindelse og trykkforbindelse til havbunns-brønnhodet. En viktig fordel ved denne oppfinnelsen er at tilkoblingslegemet har en liten ytre diameter, som komplementerer andre fordeler ved tilkoblingslegemet, så som lett vekt og lav bøyningskapasitet. Metall-tetningsringen er betraktelig mindre i diameter enn kjente metalltetningsringer, noe som gjør den i stand til å tette enklere mot høyt trykk.

Selv om noen utførelser av oppfinnelsen har blitt beskrevet i detalj, skal det forstås at forskjellige endringer, utskiftninger og forandringer kan gjøres uten å fravike fra oppfinnelsens prinsipp og omfang. Omfanget til den foreliggende oppfinnelsen skal følgelig være bestemt av patentkravene og deres rettmessige ekvivalenter.