NO342366B1 - Flerfunksjonsverktøy for selektivt inngrep med et mansjettspor eller innsnevringsovergang i brønnhullet - Google Patents

Abstract

Et verktøy for flere formål oppviser én eller flere knaster (24) som kan bringes i inngrep med et mansjettspor eller innsnevringsovergangsdel i brønnhullet. Knastene er utskyvbare gjennom en hylse (20) som er forspent i motsatte retninger og opplagret i en stamme (10). Knastene (24) kan trekkes tilbake inn i stammespor (44, 46, 48) for å gå klar av innsnevringer ved innkjøring i brønnen. På vei opp til en mansjett, som nettopp er blitt passert, kommer knastene i inngrep og en oppadrettet trekkraft på stammen fortrenger fluid gjennom en innsnevering for tillate tilstrekkelig tidsforløp til å få et meningsfullt overflatesignal om den overskytende trekkraft. Deretter kan den påførte kraft reduseres når knastene utløses ved en lavere påført kraft for å redusere sprettert-effekten. Verktøyet kan vendes og brukes til å holde en konstant kraft på en bunnhullssammenstilling under offshore-boring der en stampekompensator anvendes.

Description

OPPFINNELSENS OMRÅDE

[0001] Denne oppfinnelse angår anordninger som kan brukes nedihulls til å lokalisere mansjetter (collars) og/eller andre trekk i brønnhullet og i et overflatesignal om slik lokalisering eller i en omvendt orientering kan brukes til å påføre en forutbestemt belastning på en bunnhullssammenstilling (BHA).

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

[0002] US 3061010 A omhandler et verktøy for selektivt inngrep nedihulls og verktøyet omfatter en spindel og en hylse med knaster som gjennom radial utskyvning går i inngrep og tilbaketrekking for utløsning. Publikasjonen angår oljebrønnfôringsrør og mer nøyaktig innretninger for å lokalisere fôringsrørvektrør etter at fôringsrøret er på plass.

[0003] US 3638723 A omtaler et lokaliseringsverktøy for bruk i en brønnstrømningsleder for å lokalisere hver eller en av et flertall av motsatt vendende skuldre i nevnte leder og anvendelig med brønnverktøy for å lokalisere nevnte verktøy ved forhåndsbestemte posisjoner med hensyn til utvalgte av nevnte skuldre, og mer nøyaktig anvendbar i forbindelse med et setteverktøy og en brønnlåsende og tettende spindelanordning for lokalisering av nevnte låsende og tettende spindelanordning i innretning med enhver av et flertall av mottakere i nevnte leder for å opplagre et brønnverktøy deri. Setteverktøyet kan benyttes for å sette låse- og tetningsspindelanordningen i den valgte mottaker først etter at lokaliseringsanordningen er lokalisert og mottakeren er løsbar fra spindelanordningen først etter at den samme har blitt lokalisert på plass i mottakeren. Låseanordningen kan også benyttes for å kople og forskyve enhver av et flertall av glidende hylsesideåpningsventiler i en strømningsleder. Lokaliseringsanordningen er innrettet for å betjenes av enten en fleksibel linjemekanisme eller ved pumpemekanisme for strømningsledning.

[0004] Ofte er det nødvendig å kunne lokalisere den spesielle dybde av mansjetter og/eller andre trekk i brønnhullet i en fôringsrørstreng, med en indikasjon ved overflaten om at mansjetten er blitt ukorrekt lokalisert. Tidligere er denne funksjon blitt løst ved hjelp av et verktøy som fremføres på en streng som har én eller flere spennhylser (collets). Spennhylsene og stammen som støtter dem opp er utformet til å la spennhylsene forbli i en ustøttet posisjon for nedihullskjøring. Etter at den ønskede mansjett er nådd, blir verktøyet med spennhylsene videre ført ned i hullet forbi et lokaliseringsspor i den aktuelle mansjett. Verktøyet blir så trukket tilbake oppover for inngrep med mansjetten. Derved fanges spennhylsen i sporet og en overskytende trekkraft påføres. Motstanden mot over-trekkraften avføles ved overflaten. Spennhylsen er konstruert til å løse ut etter at et forutbestemt trekkraft-nivå er nådd.

[0005] Det er flere problemer med denne konstruksjon. I dype brønner med et betydelig avvik er det en betydelig risiko for motstand i arbeidsstrengen i det omgivende rør, slik at denne påførte over-trekkraft kan være den nødvendige kraft for å frigjøre arbeidsstrengen i motsetning til en trekkraft på spennhylsen som kanskje ikke engang har havnet i lokaliseringssporet i den aktuelle mansjett. Denne motstandseffekt som skyldes dybden og brønn-avviket blir vanligvis betegnet som en ”slip/stick-effekt”. Det vil kanskje ikke være noe merkbart signal ved overflaten hvis slip/stick-effekten er tilstede. Et annet problem er grensen til den spenning som kan påføres spennhylsehodene som befinner seg i lokaliseringssporet. Selv om spennhylse-konstruksjonen kan gjøres tykkere, gjenstår det problem at materialet kan være begrenset i spenningsnivået som kan tåles på de fastholdte spennhylsehoder. Et annet problem er begrenset plass og verktøydiameterbegrensning som er nødvendig for faktisk å levere verktøyet til den aktuelle mansjett. Det å gjøre delene tykkere vil således kanskje ikke i tilstrekkelig grad øke den totale kapasitet mot den ønskede trekkraft som er nødvendig eller der er kanskje ikke tilstrekkelig plass til å gå denne veien. Et annet problem med spennhylse-baserte systemer, er at ved utløsning vil det oppstå en sprettert-effekt når den lagrede potensielle energi i den påførte trekkraft på arbeidsstrengen plutselig slipper når spennhylsen blir uten støtte når en forutbestemt trekkraft er nådd.

[0006] Det som følgelig trengs og som foreliggende oppfinnelse tilveiebringer, er et verktøy som kan håndtere større påførte krefter enn spennhylse-baserte konstruksjoner og som kan eliminere sprettert-effekten. Andre ønskelige trekk kan være en innebygget forsinkelse som tillater påføring av større belastninger i et bestemt tidsrom for å sikre at mansjetten er riktig lokalisert og at slip/stick-kreftene er overvunnet. En hurtig ny-spenning av verktøyet etter utløsning for gjentatt testing er også et trekk. Verktøyet kan vendes og reguleres riktig, for påføring av en forut bestemt, nedadrettet kraft på en bunnhullssammenstilling som arbeider i sammenheng med en stampe-kompensator for offshore-boreanvendelser. Disse og andre trekk ved foreliggende oppfinnelse vil bli mer innlysende for fagkyndige på området ut fra en gjennomgang av beskrivelsen av den foretrukne utføringsform, tegningene og kravene som bestemmer oppfinnelsens omfang, slik det vil fremgå av det nedenstående.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

[0007] Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås med et flerfunksjonsverktøy for selektivt inngrep med et mansjettspor eller innsnevringsovergang i brønnhullet og for å motstå en forutbestemt påført kraft mens det er således selektivt i inngrep, omfattende:

en stamme som har en lengdeakse;

en hylse som er montert til stammen og videre omfatter minst ett vindu som en knast er montert gjennom for radial utskyving til inngrep nedihulls og tilbaketrekking for utløsning nedihulls; og videre

kjennetegnet ved et tidsforsinkelseselement under hvilket en tilstrekkelig stor kraft som tjener som et signal som bekrefter inngrep kan påføres knasten uten en frigjøring av inngrep av knasten nedihulls og derved tillate tid for en påfølgende reduksjon av påført kraft på nevnte knast før den frigjør nede i borehullet.

[0008] Foretrukne utførelsesformer av verktøyet er videre utdypet i kravene 2 til og med 11.

[0009] Et flerfunksjonsverktøy oppviser én eller flere knaster som kan komme i inngrep med et mansjettspor eller innsnevringsovergang i brønnhullet. Knastene kan skyves ut gjennom en hylse som kan forspennes i motsatte retninger og er støttet fra en stamme. Knastene kan trekkes inn i stammesporene for å åpne innsnevringene ved innkjøring i brønnen. På vei opp til en mansjett som nettopp er blitt passert, kommer knastene i inngrep og en oppadrettet trekkraft på stammen fortrenger fluid gjennom en innsnevring for å tillate tilstrekkelig tid til å få et meningsfullt overflatesignal på overskudds-trekkraften. Deretter kan den påførte kraft reduseres når knastene utløser ved en lavere påført kraft for å minske sprettert-effekten. Verktøyet kan vendes og brukes til å holde en konstant kraft på en bunnhullssammenstilling under offshore-boring hvor det benyttes en stampekompensator.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0010] Fig.1a-1b viser verktøyet i snitt i den nøytrale innkjøringsposisjon;

[0011] Fig.2a-2b viser verktøyet i snitt i posisjonen for fjerning av en hindring ved innkjøring;

[0012] Fig.3a-3b viser verktøyet i snitt i den belastningspåførte posisjon like før utløsning;

[0013] Fig.4 er et snitt langs linjene 4-4 i fig.1b, og

[0014] Fig.5 er et snittriss langs linjene 5-5 i fig.1a.

NÆRMERE BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKNE UTFØRINGSFORM

[0015] Stammen 10 er satt sammen av en topp-overgangsdel 12, øvre hoveddel 14, nedre hoveddel 16 og bunn-overgangsdel 18. Disse deler er fortrinnsvis skrudd sammen, men kan være festet på andre måter. Flere eller færre deler kan benyttes for å utgjøre stammen 10. En ytterhylse 20 har et vindu 22 for hver knast 24 som brukes. Én eller flere knaster 24 kan brukes. Knastene 24 har anslag 26 ved motsatte ender, som best vist i fig.5, for å begrense knastenes 24 utadbevegelse i forhold til vinduet 22. Fig.1a viser knasten 24 i snitt. I den foretrukne form av knasten 24, er den generelt U-formet med et par innadvendte ben 28 og 30. Ved innkjøring i brønnen vil flaten 32 på knasten 24 møte en hindring. Ved kjøring ut av brønnen, vil flaten 34 på knasten 24 møte en hindring.

[0016] Hylsen 20 er montert forskyvbart over stammen 10. Den er forspent oppihulls ved hjelp av fjæren 36 som hviler på flaten 38 på bunn-overgangsdelen 18. Fjæren 40 hviler på flaten 42 på topp-overgangsdelen 12 og påføres en kraft på hylsen 20 motsatt fjæren 36. Fortrinnsvis er fjæren 40 svakere enn fjæren 36 av grunner som vil bli forklart nedenfor.

[0017] Den øvre hoveddel 14 har tre spor 44, 46 og 48. Disse spor er dype nok til at når benene 28 og 30 er i dem, vil knastenes 24 ytre overflate 50 trekkes seg tilbake i vinduet 22. På denne måte kan verktøyet passere en obstruksjon på vei ned i brønnhullet og kan fjernes etter frigjøring på vei oppover i brønnhullet. Hvis en obstruksjon påtreffes av flaten 32 på vei inn i hullet, sammentrykkes fjæren 40 når hylsen 20 og knastene 24 stopper nedadbevegelsen. Fortsatt nedadbevegelse av stammen 10 ikke bare sammentrykker fjæren 40, men plasserer også sporene 44 og 46 i flukt med knastenes 24 ben 28 og 30 som derved kan trekkes tilbake til en posisjon nærmere midtaksen 52 og fortrinnsvis innenfor hylsen 20. På dette punkt kan obstruksjonen passeres og fjæren 40 kan forspenne hylsen 20 tilbake til nøytralposisjonen, vist i fig.1. Fig.2 viser benene 28 og 30 idet de kantstyres ut av sporene 44 og 46 på grunn av virkningen fra fjæren 40 etter at obstruksjonen på vei nedover er fjernet. Det skal bemerkes at skråflater 52 og 54 letter benenes 28 og 30 bevegelser ut fra sporene 44 og 46 under returkraften fra den tidligere sammentrykte fjær 40. Når hindringen er fjernet på vei nedover i hullet, gjeninntar knastene 24 den nøytrale innkjøringsposisjon vist i fig.1.

[0018] Avgrenset mellom hylsen 20 og stammen 10 og best vist i fig.3, er et øvre fluidreservoar 56 og et nedre fluidreservoar 58. En fylleport 60 gjør det mulig å lade fluidet ved overflaten. Termiske og hydrostatiske effekter i dette lukkede system av sammenkoplede reservoarer blir fullstendig utjevnet ved hjelp av et stempel 62 som kan forspennes ved hjelp av tallerkenfjærer 64, f.eks., eller annen sammenlignbar anordning. Fagkyndige på området vil innse at fordelen med slik utjevning på anordningens konstruksjon, særlig når den utplasseres og anvendes på store dyp og/eller ved høy temperatur. Fig.4 viser denne utførelse av et utjevningstrekk. Fig.2b viser best andre trekk ved dette reservoarsystem. Der er en strømningsrestriktor 66 som regulerer gjennomstrømningsmengden fra reservoaret 58 inn i reservoaret 56. Der er en tilbakeslagsventil 68 som tillater omløp av restriktoren 66 når fluidet strømmen i den motsatte retning fra reservoaret 56 til reservoaret 58. En trykkavlastningsanordning 70 er på linje med restriktoren 66 slik at når fluid presses i en retning fra reservoaret 58 til reservoaret 56 må drivtrykket stige for å bringe slik strømning til et forutbestemt nivå før noen strømning begynner.

[0019] Generelt sett er fluidsystemet operativt til å skape en forsinkelse når knastene 24 er i den ønskede posisjon og en kraft påføres stammen 10 for å skape et overflatesignal for slikt inngrep før frigjøring av knastene 24 fra lokaliseringssporet (ikke vist). Systemet virker til å tillate en reduksjon av den påførte trykkraft før frigjøring for å redusere sprettert-effekten fra utløsning. Når det brukes med den eventuelle trykkavlastningsanordning 70, kan verktøyet vendes og kan brukes til å påføre en belastning i et forutbestemt område på en bunnhullssammenstilling uten bekymring for for tidlig utløsning, så som en offshore-boreanvendelse hvor et stampekompensatorsystem benyttes.

[0020] Etter at hovedkomponentene er blitt beskrevet, skal nå virkemåten til verktøyet ved ulike anvendelser omtales nærmere. Fig.1 viser innkjøringsposisjonen hvor knastenes 24 ben 28 og 30 er ute av ethvert av sporene 44, 46 og 48. Fortrinnsvis er knastene 24 forspent i posisjonen ifølge fig.1 hvor benene 28 og 30 skrever over sporet 46 ved hjelp av fjæren 36 som overmanner fjæren 40 for derved å bevege hylsen 20 til posisjonen ifølge fig.1. Når verktøyet bringes nedihulls, vil en hindring første treffe flaten 32 på knastene 24. Stammen vil fortsette nedover når knastene 24 stopper hylsens 20 nedadbevegelse. Når sporene 44 og 46 kommer i flukt med benene 28 og 30, vil knastene 24 kunne trekkes inn tilstrekkelig til at verktøyet kan fortsette forbi hindringen. Knastene 24 kan trekkes inn i hylsen 20 så mye som nødvendig for å gå klar av hindringen. Fremføringen av stammen 10 med knastene 24 midlertidig fastkjørt på en hindring, sammentrykker fjæren 40. Etter at hindringen er passert, avlastes fjæren 40 for derved å tilbakeføre verktøyet til posisjonen ifølge fig.1 fra posisjonen ifølge fig.2. Det skal bemerkes at fremføringen av stammen nedover i hullet med knastene 24 stoppet av en hindring, vil føre til at hylsen 20 tar knastene 24 mot forspenningen av fjæren 40 idet hylsens 20 nedre ende 21 tatt bort fra den øvre ende 23 av hylsen 25, hvis relative bevegelse i forhold til stammen 10, på andre tidspunkter, skaper fluidbevegelse mellom reservoarene 56 og 58. Størrelsen av denne bevegelse for tilbakestilling av knastene 24 til posisjonen ifølge fig.1 etter å ha gått klar av hindringen også er ganske kort.

[0021] Når den ønskede dybde er nådd, trekkes verktøyet opp inntil flaten 34 kommer i inngrep med et ønsket lokaliseringsspor nede i hullet. På dette punkt vil ytterligere oppadrettet trykkraft på stammen 10 fra arbeidsstrengen (ikke vist) presse fluid fra reservoaret 58 til reservoaret 56 gjennom restriktoren 66. Dette regulerer stammens 10 bevegelseshastighet når kraften påføres for å gi overflatepersonell tid til å oppfatte et signal om at det ønskede spor er kommet i inngrep og en kraft som godt overskrider den potensielle motstandskraft på grunn av friksjon ved slip/stick-effekter på arbeidsstrengen i et avviksbrønnhull er påført. Riggmannskapet kan da faktisk senke den påførte trekkraft før den virkelige utløsning skjer for å redusere sprettert-effekten fra utløsningen. Utløsning skjer etter at stammen 10 har beveget seg en tilstrekkelig avstand til at sporene 46 og 48 bringes i flukt med benene 28 og 30 for å la knastene 24 trekkes tilbake og verktøyet returnere til posisjonen ifølge fig.1. Dette skjer fordi trekkingen oppover i hullet med knastene 24 i lokaliseringssporet sammentrykker fjæren 36 slik det fremgår av fig.3. Tilbaketrekkingen av knastene 24 tillater fjæren 36 å overvinne fjæren 40 og verktøyet returnerer til posisjonen ifølge fig.1, klar for en ny syklus. Ved bruk av den valgfrie avlastningsanordning 70 sikrer overflatepersonellet at en trekkraft opp til et forutbestemt nivå ikke vil igangsette utløsningssekvensen. Fagkyndige på området vil innse at verktøyet kan brukes i en omvendt orientering og virke på samme måte i en anvendelse, f.eks. hvor et vektområde på en bunnhullssammenstilling er ønskelig i et gitt område uten fare for igangsetting av en utløsningssekvens. I en slik anvendelse, istedenfor en trekkraft oppihulls, påføres en skyvekraft nedihulls med knastene 24 i inngrep i en mottaker. Kombinering med bruken av den valgfrie avlastningsanordning 70, kan det ikke skje noen fluidstrømning mellom reservoarene 56 og 58 før en forutbestemt kraft overskrides. Denne konfigurasjon kan brukes i offshore-boring i sammenheng med stampekompensatorer.

[0022] Fagkyndige på området vil nå innse at det beskrevne verktøy kan tillate påførte krefter i størrelsesorden 100.000 eller mer der spennhylse-konstruksjoner var mer begrenset til lavere påførte krefter i størrelsesorden 40.000 pund eller mindre. Disse lavere grenser på spennhylse-konstruksjonene var i blant ikke tilstrekkelige til å overskride friksjon- og slip/stick-virkninger på arbeidsstrengen i hull med stort avvik. Bruken av en knaststruktur som strekker seg ut gjennom et vindu og nærmere bestemt en knastkonstruksjon som har tykke øvre og nedre ender og bruker ben 28 og 30 er i det minste delvis årsak til evnen til å påføre høyere krefter for å gå klar av hindringer og for å teste verktøyets posisjon i et ønsket spor i en spesiell mansjett, f.eks. Bruken av tilbakeslagsventilen 68 setter verktøyet i stand til hurtig å finne sin nøytrale posisjon etter en utløsning slik at testen hurtig kan gjentas, om ønskelig. Bruken av restriktoren 66 tillater mer tid ved overflaten til å holde en kraft før utløsning og tillater dessuten senking av den påførte kraft etter tidsforløpet, men før utløsning for å redusere sprettert-effekten på grunn av utløsning. Trykkavlastningsanordningen 70 tillater påføring av kraft til enhver ønsket tid uten fare for utløsning hvis kraften holdes på et nivå der avlastningen forblir lukket.

Fluidet som brukes på reservoarene kan være en væske eller gass. Kompensatoren 62 er et valgfritt trekk. Verktøyet kan betjenes i brønnen i motsatte orienteringer avhengig av den tilsiktede tjeneste. Selv om 4 knaster 24 er vist, kan én eller flere slike knaster brukes. Forspenning av fjærene 36 og 40 kan avstedkommes med ekvivalente anordninger.

[0023] Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet med en viss grad av spesialitet, er det klart at mange endringer kan utføres med hensyn til konstruksjonsdetaljer og arrangement av komponenter uten å avvike fra ånden og omfanget til denne beskrivelse. Det skal forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset til de eksemplifiserte utføringsformer som her er angitt, men skal begrenses bare ved omfanget til de medfølgende krav, innbefattende det fulle ekvivalensområde som hvert element av denne er berettiget til.

Claims (11)

P A T E N T K R A V

1. Et flerfunksjonsverktøy for selektivt inngrep med et mansjettspor eller innsnevringsovergang i brønnhullet og for å motstå en forutbestemt påført kraft mens det er således selektivt i inngrep, omfattende:

en stamme (10) som har en lengdeakse;

en hylse (20) som er montert til stammen (10) og videre omfatter minst ett vindu (22) som en knast (24) er montert gjennom for radial utskyving til inngrep nedihulls og tilbaketrekking for utløsning nedihulls; og videre

k a r a k t e r i s e r t v e d et tidsforsinkelseselement under hvilket en tilstrekkelig stor kraft som tjener som et signal som bekrefter inngrep kan påføres knasten (24) uten en frigjøring av inngrep av knasten (24) nedihulls og derved tillate tid for en påfølgende reduksjon av påført kraft på nevnte knast (24) før den frigjør nede i borehullet.

2. Verktøy ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t hylsen (20) er relativt bevegelig i forhold til stammen.

3. Verktøy ifølge krav 2,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den relative bevegelseshastighet er regulert.

4. Verktøy ifølge krav 3,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den relative bevegelse er mindre regulert i én retning enn i den motsatte retning.

5. Verktøy ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t stammen (10) omfatter en flerhet av utsparinger for å tillate tilbaketrekking av knasten (24) når en kraft påføres stammen (10) i motsatte retninger med knasten (24) i inngrep mens den er radialt utskjøvet nedihulls.

6. Verktøy ifølge krav 5,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t knasten (24) omfatter en oppihulls- og nedihullsende og ben (28, 30) nær nevnte ender som selektivt skrever over eller entrer utsparingene.

7. Verktøy ifølge krav 16,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t benene (28, 30) gir knasten (24) en hovedsakelig U-form.

8. Verktøy ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t knasten (24) kan motstå en trekkraft på stammen (10) på minst ca.100.000 pund når knasten (24) er radialt utskjøvet og i inngrep nedihulls.

9. Verktøy ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t hylsen (20) er forspent i motsatte retninger.

10. Verktøy ifølge krav 9,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t hvor forspenningen i én retning overskrider forspenningen i den motsatte retning.

11. Verktøy ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t verktøyet er virksomt uansett hvilken av dens ender som er orientert nedihulls.