NO342652B1 - Resonator tools and methods for releasing tubes or objects in a well formation - Google Patents
Resonator tools and methods for releasing tubes or objects in a well formation Download PDFInfo
- Publication number
- NO342652B1 NO342652B1 NO20161800A NO20161800A NO342652B1 NO 342652 B1 NO342652 B1 NO 342652B1 NO 20161800 A NO20161800 A NO 20161800A NO 20161800 A NO20161800 A NO 20161800A NO 342652 B1 NO342652 B1 NO 342652B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- frequency
- casing
- resonator
- accordance
- tool
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 6
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 10
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 208000000903 Herpes simplex encephalitis Diseases 0.000 description 2
- 208000037018 Herpes simplex virus encephalitis Diseases 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052601 baryte Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010428 baryte Substances 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- -1 realized formation Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B31/00—Fishing for or freeing objects in boreholes or wells
- E21B31/005—Fishing for or freeing objects in boreholes or wells using vibrating or oscillating means
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D7/00—Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
- E02D7/18—Placing by vibrating
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B28/00—Vibration generating arrangements for boreholes or wells, e.g. for stimulating production
Abstract
Det omtales et resonatorverktøy (10) for frigjøring av rør eller objekter, der resonatorverktøyet er opphengt mellom en topdrive (40) på en borerigg og en casing (42) som strekker seg ned i et borehull, idet resonatorverktøyet (10) er innrettet til å overføre vibrasjoner i aksial retning via nevnte casing (42) til det fastspente rør eller objekt, idet resonatorverktøyet (10) omfatter: en nedre aktuatordel (16) med en frekvensstyrt vibrator (20) for overføring av nevnte vibrasjoner i aksial retning i casingen (42), hvilken vibrator (20) er forbundet med casingen (42) og utstyrt med 10 en reaksjons- masse(28); en mellomliggende isolatordel (14) forbundet med den nedre aktuatordelen (16) og vibratoren (20) via et antall luftfjærer (24) og et antall støtdempere (26) for å redusere overføring av vibrasjoner i resonatorverktøyet (10), der den nedre aktuatordelen (16) og isolatordelen (14) er innbyrdes bevegelige i forhold til hverandre i aksial retning; en toppdel (12) forbundet med nevnte topdrive (40) og isolatordelen (14), og hvor toppdelen (12) er forbundet med isolatordelen (14) via et antall luftfjærer (22), der toppdelen (12) og isolatordelen (14) er innbyrdes bevegelige i forhold til hverandre i aksial retning; samtet kontroll- og instrumenteringssystem for å styre delene som inngår i resonatorverktøyet. Det omtales også en fremgangsmåte for frigjøring av rør eller objekter i en rønnformasjon.A resonator tool (10) for releasing tubes or objects is referred to, wherein the resonator tool is suspended between a top drive (40) on a drilling rig and a casing (42) extending down a borehole, the resonator tool (10) being adapted to transmitting vibrations in the axial direction via said casing (42) to the clamped tube or object, the resonator tool (10) comprising: a lower actuator portion (16) with a frequency controlled vibrator (20) for transmitting said vibrations in axial direction in the casing (42). ), which vibrator (20) is connected to the casing (42) and provided with a reaction mass (28); an intermediate insulator part (14) connected to the lower actuator part (16) and the vibrator (20) via a plurality of air springs (24) and a plurality of shock absorbers (26) to reduce the transmission of vibrations in the resonator tool (10), wherein the lower actuator part ( 16) and the insulator portion (14) are mutually movable relative to each other in the axial direction; a top part (12) connected to said top drive (40) and the insulator part (14), and wherein the top part (12) is connected to the insulator part (14) via a plurality of air springs (22), the top part (12) and the insulator part (14) being mutually moving relative to each other in axial direction; the entire control and instrumentation system to control the parts included in the resonator tool. A method of releasing tubes or objects in a row formation is also mentioned.
Description
Oppfinnelsens område Field of the invention
Den foreliggende oppfinnelse vedrører en oscillerende vibrator med demping og styring av dette for å løsne rør som sitter fast i brønnhull, og mer bestemt til et resonatorverktøy for frigjøring av rør eller objekter, der resonatorverktøyet er opphengt mellom en topdrive på en borerigg og en casing som strekker seg ned i et borehull, idet resonatorverktøyet er innrettet til å overføre vibrasjoner i aksial retning via nevnte casing til det fastspente rør eller objekt. The present invention relates to an oscillating vibrator with damping and control thereof to loosen pipes stuck in wellbore, and more specifically to a resonator tool for freeing pipes or objects, where the resonator tool is suspended between a top drive on a drilling rig and a casing which extends down into a borehole, the resonator tool being arranged to transmit vibrations in the axial direction via said casing to the clamped pipe or object.
Oppfinnelsens bakgrunn The background of the invention
Mange felt på den norske kontinentalsokkelen nærmer seg slutten for produksjon. Svært mange brønner skal avsluttes og forlates de kommende årene. Many fields on the Norwegian continental shelf are nearing the end of production. A great many wells will be terminated and abandoned in the coming years.
To valg finnes når produksjonen fra en brønn ikke lenger er profitabel: Brønnen kan enten plugges og etterlates permanent (Plug & Abandonment=P&A) eller gjenbrukes ved plugging av hovedbrønnen og boring av et nytt sidespor ved retningsstyrt boring (Slot Recovery=SR). Begge valgene er svært kostnadskrevende da operasjonene er kompliserte subseaoperasjoner og tiden som brukes for å gjennomføre operasjonene kan være lange, gjerne gjennomsnittlig en måned. Two choices exist when the production from a well is no longer profitable: The well can either be plugged and left behind permanently (Plug & Abandonment=P&A) or reused by plugging the main well and drilling a new side slot with directional drilling (Slot Recovery=SR). Both choices are very costly as the operations are complicated subsea operations and the time used to carry out the operations can be long, usually a month on average.
Både P&A og SR krever at casing, dvs. nedhulls rør ned til reservoaret, kuttes av og trekkes ut av hullet. En stor utfordring med operasjonene ligger i at rør kan sitte fast i grunnen da installasjonene er over 20 år gamle og avleiringer har lagt seg rundt rørene. Rørene blir dermed svært vanskelige å trekke opp i sin helhet og medfører i praksis at rør ofte må kuttes mange ganger og trekkes opp i små lengder. Both P&A and SR require the casing, i.e. the downhole pipe down to the reservoir, to be cut off and pulled out of the hole. A major challenge with the operations is that pipes can get stuck in the ground as the installations are over 20 years old and deposits have settled around the pipes. The pipes thus become very difficult to pull up in their entirety and in practice means that pipes often have to be cut many times and pulled up in small lengths.
Operasjoner skjer i all hovedsak fra en borerigg, og mellom 1/3 og halvparten av riggtiden benyttes til kutting og trekking av casing. En stor del av kostnadene forbundet med operasjonene er riggleie og en reduksjon av kutte- og trekketid vil dermed redusere kostnadene tilsvarende. Det er i tillegg sannsynlig at felter som ikke budsjetteres som drivverdige, kan bli drivverdige dersom operasjonstiden kan reduseres. Operations mainly take place from a drilling rig, and between 1/3 and half of the rig time is used for cutting and pulling casing. A large part of the costs associated with the operations is rig hire and a reduction in cutting and hauling time will thus reduce costs accordingly. It is also likely that fields that are not budgeted as viable could become viable if the operating time can be reduced.
Omtale av kjent teknikk Discussion of prior art
Vibrasjon kan benyttes som en effektiv metode å bevege et objekt gjennom grunnen. Metoden har som eksempel på mange måter overtatt for slag og dytting ved spunting. Tilsvarende kan vibrasjon benyttes for å frigjøre fastspente rør mer effektivt enn dersom man forsøker å dra rørene med en statisk kraft. Statistikk fra leverandører av slikt utstyr tilsier også at rør kan frigjøres på kortere tid enn ved kutting og trekking med en statisk kraft. Vibration can be used as an effective method of moving an object through the ground. As an example, the method has in many ways taken over for punching and pushing in sheet piling. Correspondingly, vibration can be used to release clamped pipes more effectively than if you try to pull the pipes with a static force. Statistics from suppliers of such equipment also indicate that pipes can be freed in less time than by cutting and pulling with a static force.
I prinsippet to ulike prinsipper av vibrasjonsutstyr for frigjøring av fastspente rør: nedhulls vibrator og vibrator på rigg. En nedhulls vibrator senkes ned i røret og vibrerer innvendig i en avgrenset sone og overfører vibrasjon lateralt til røret. Fordel med prinsippet er at man kan påvirke lokalt en sone, dersom man kjenner til hvor denne er lokalisert. In principle, two different principles of vibration equipment for freeing clamped pipes: downhole vibrator and vibrator on rig. A downhole vibrator is lowered into the pipe and vibrates internally in a defined zone and transmits vibration laterally to the pipe. The advantage of the principle is that you can influence a zone locally, if you know where it is located.
Vibratorer på rigg fungerer ved at en vibrator tilkobles enden av røret som er forbundet med det fastspente røret. Vibratoren er satt til å overføre vibrasjonene i aksiell retning. Ved gitte frekvenser vil man få stående vibrasjoner og resonans i rørsystemet. Ved resonans kan energi effektivt overføres og er i praksis begrenset av dempingen i stål og friksjon i omliggende grunnstruktur. Fordelene med prinsippet er at få begrensninger finnes med hensyn til fysisk størrelse og store energimengder kan dermed overføres. Siden systemet må kjøres på resonans så får man alltid store vibrasjoner opp på rigg. Målinger viser imidlertid at uakseptabelt høye spennings- og vibrasjonsnivå oppstår ved bruk av en slik type vibrator hvor enheten er opphengt i boretårn. En slik type vibratorenhet benytter normalt to motroterende eksentermasser for å skape en aksiell kraftoverføring. Rig vibrators work by connecting a vibrator to the end of the pipe that is connected to the clamped pipe. The vibrator is set to transmit the vibrations in the axial direction. At given frequencies, standing vibrations and resonance will occur in the pipe system. At resonance, energy can be efficiently transferred and is limited in practice by the damping in steel and friction in the surrounding basic structure. The advantages of the principle are that there are few limitations with regard to physical size and large amounts of energy can thus be transferred. Since the system must be run on resonance, you always get large vibrations on the rig. Measurements show, however, that unacceptably high voltage and vibration levels occur when using such a type of vibrator where the unit is suspended in a derrick. Such a type of vibrator unit normally uses two counter-rotating eccentric masses to create an axial power transmission.
Med vibrator på rigg vil det ved gitte frekvenser overføres mer kraft oppover til boretårn enn nedover til casingen, og vil med det kunne forårsake skade på riggen og representere en uakseptable HMS risiko. Dette sammen med andre betydelige HMS risikoer relatert til produktdesignet som baserer ser på eksentriske vekter, gjør at løsningen ikke er egnet. With a vibrator on the rig, at given frequencies, more force will be transmitted upwards to the derrick than downwards to the casing, and could therefore cause damage to the rig and represent an unacceptable HSE risk. This, together with other significant HSE risks related to the product design which is based on eccentric weights, means that the solution is not suitable.
US 4,574,888 viser en fremgangsmåte og utstyr på rigg for fjerning av objekter som sitter fast i en oljebrønn. Objektene omfatter borkroner, fôringsrør, casing, etc. Det benyttes ikke to motroterende eksentermasser, men derimot en hydraulisk sylinder, som sammen med en reaksjonsmasse og vertikalt monterte trykkfjærer, påfører vertikal vibrasjon til den øvre enden av et rør som strekker seg ned i brønnen til objektet som sitter fast. Den vertikale vibrasjonen justeres av den hydrauliske sylinderen til egenfrekvens til røret, og holdes basert på signaler fra et akselerometer og trykkforskjeller til stemplet i den hydrauliske sylinderen, samtidig som det trekkes i røret for å dra det oppover. Kraften som overføres til røret er størst i den øvre delen av røret, og avtar deretter i rørets lengde. Avhengig av hvilket objekt som har satt seg fast og den geologiske formasjonen, brukes "prøve og feile" metoden i fjerningsprosessen. US 4,574,888 shows a method and equipment on a rig for removing objects stuck in an oil well. The objects include drill bits, casing, casing, etc. Two counter-rotating eccentric masses are not used, but rather a hydraulic cylinder, which, together with a reaction mass and vertically mounted pressure springs, applies vertical vibration to the upper end of a pipe that extends down into the well to the object that is stuck. The vertical vibration is adjusted by the hydraulic cylinder to the natural frequency of the pipe, and is maintained based on signals from an accelerometer and pressure differences to the piston in the hydraulic cylinder, while pulling on the pipe to pull it upwards. The force transmitted to the pipe is greatest in the upper part of the pipe, and then decreases along the length of the pipe. Depending on which object is stuck and the geological formation, the "trial and error" method is used in the removal process.
US 4,576,229 viser en nedihulls vibrator festet til en borestreng, der rotasjon og opptrekk av borestrengen medfører at to deler av vibratoren kan bevege seg i forhold til hverandre for å påføre vibrasjon for frigjøring av vektrøret. En første del er festet konsentrisk til borerørene og en andre del er festet konsentrisk til vektrøret, dvs. den nedre del av borestrengen. US 4,576,229 shows a downhole vibrator attached to a drill string, where rotation and pulling up of the drill string means that two parts of the vibrator can move relative to each other to apply vibration to release the casing. A first part is attached concentrically to the drill pipes and a second part is attached concentrically to the collar, i.e. the lower part of the drill string.
US 4,788,467 viser likeledes et nedihulls vibrasjonssystem for tilførsel av energi for å hindre at oljen i borehullet kaviterer ved økning i temperaturen. US 4,788,467 likewise shows a downhole vibration system for supplying energy to prevent the oil in the borehole from cavitating when the temperature increases.
GB 2332690 A omhandler et resonatorverktøy for frigjøring av brønnrør eller objekter, der resonatorverktøyet er opphengt mellom en topdrive på en borerigg og et rør som strekker seg ned i et borehull, idet resonatorverktøyet er innrettet til å overføre vibrasjoner i aksial retning via nevnte rør til det fastspente rør eller objekt. GB 2332690 A relates to a resonator tool for releasing well pipe or objects, where the resonator tool is suspended between a top drive on a drilling rig and a pipe extending down into a borehole, the resonator tool being arranged to transmit vibrations in an axial direction via said pipe to the clamped pipes or objects.
US 2010/0139912 A1 og DE 4447156 A1 viser vibrasjonsisolatorer med luftfjærer mellom nedre rørvibrasjonsaktuatorer og toppdeler. US 2010/0139912 A1 and DE 4447156 A1 show vibration isolators with air springs between lower tube vibration actuators and top parts.
Formål med foreliggende oppfinnelse Purpose of the present invention
Det er et formål å frembringe smart styring av vibrator (oscillator), og som påfører kraft til røret slik at det kan være mulig betraktelig å forkorte tiden brukt på frigjøring av fastspente rør (stuck tubulars), både i forhold til konvensjonell kutting og trekking og manuell vibrasjonsfrigjøring. It is an aim to produce smart control of the vibrator (oscillator), which applies force to the pipe so that it may be possible to significantly shorten the time spent on freeing stuck tubulars, both in relation to conventional cutting and pulling and manual vibration release.
Vibrasjon kan måles f.eks. med et akselerometer i nærheten av der røret er forbundet med vibrasjonsenheten. Dersom man benytter denne målte responsen inn i et reguleringssystem til å styre oscillatoren kan man oppnå et smart reguleringssystem med feedback. Vibration can be measured e.g. with an accelerometer near where the tube is connected to the vibration unit. If you use this measured response in a regulation system to control the oscillator, you can achieve a smart regulation system with feedback.
Det er ofte begrenset kunnskap om hvor, hvordan og hvorfor casingen sitter fast, og med oppfinnelsen er utviklet en mer målrettet løsning som overfører kraften dit den trengs. Styringen vil kunne omfatte ulike typer operasjonsmodi. There is often limited knowledge about where, how and why the casing is stuck, and with the invention, a more targeted solution has been developed that transfers the power to where it is needed. The control will be able to include different types of operating modes.
Ved å måle casingens frekvensrespons topside kan man forutse hvor casing sitter fast og ved hvilke frekvenser og med hvilke amplituder vibrasjonsenergien bør puttes inn. Dette vil kunne gjøres automatisk ved tilbakekobling og smart styring. By measuring the casing's frequency response topside, one can predict where the casing is stuck and at which frequencies and with which amplitudes the vibration energy should be inserted. This will be able to be done automatically by feedback and smart control.
Resonatorverktøyet kan integreres mot styringssystemet for boreriggen, og kan konstrueres slik at man kan trekke med full kraft gjennom den for å unngå unødvendig tid på montasje. Det antas at optimal effekt av vibrasjonsfrigjøring oppnås i kombinasjon med en passende trekkraft i topdrive. Med bruk av luftfjæring vil man få et mye større spillerom enn med tradisjonelle spiralfjærer. The resonator tool can be integrated with the control system for the drilling rig, and can be designed so that you can pull with full force through it to avoid unnecessary time on assembly. It is believed that the optimal effect of vibration release is achieved in combination with a suitable traction force in top drive. With the use of air suspension, you will get a much greater leeway than with traditional coil springs.
Hamring/jaring er en kjent teknikk for å få løs borestrenger som har kjørt seg fast. En recipocating hydraulic actuator (heretter kalt RHA) kan også brukes som kraftkilde for denne teknikken ifølge oppfinnelsen. Hammering/jaring is a well-known technique for loosening drill strings that have become stuck. A recipocating hydraulic actuator (hereafter called RHA) can also be used as a power source for this technique according to the invention.
Dersom casingen ikke skulle løsne gjennom påføring av resonans, vil det være en stor fordel raskt å kunne gjøre resonatorverktøyet klar for hamring/Jaring. Ved å låse resonatorverktøyet vil man kunne trekke med boreriggens topdrive uten å belaste vesentlige deler. If the casing should not loosen through the application of resonance, it would be a great advantage to be able to quickly make the resonator tool ready for hammering/jaring. By locking the resonator tool, it will be possible to pull with the drilling rig's top drive without straining essential parts.
Det er videre et formål å frembringe en alternativ vibrator for frigjøring av rør. Ved å benytte en RHA i stedet for rotasjonsaktuator for vibrasjonsfrigjøring av rør vil man kunne kontrollere kraften på en bedre måte og dermed muliggjøre smart styring av vibrator (oscillator) og rørfrigjøring på høyere frekvenser. Dette vil sannsynligvis forkorte tid for frigjøring og redusere risiko ved operasjonen. It is further an object to provide an alternative vibrator for releasing pipes. By using an RHA instead of a rotary actuator for vibration release of pipes, it will be possible to control the force in a better way and thus enable smart control of the vibrator (oscillator) and pipe release at higher frequencies. This is likely to shorten the time for release and reduce the risk of the operation.
Fordeler med hydraulisk RHA er at de er hurtige, har høy effektivitet, kan virke på høye frekvenser, gjerne virke med frekvenser mellom 0-300 Hz og ha variabel slaglengde, og kan tilføre store krefter, i tilsvarende størrelsesorden som rotasjonsaktuatorene. Dette muliggjør å benytte RHA som både kraftkilder for å sette rør som skal frigjøres i sving, men også som aktuatorer til aktiv demping. Siden RHA kan påføres vilkårlige signaler, og ikke bare sinusoider, er det mulig å benytte de til smart styring som nevnt over, de kan virke på flere frekvenskomponenter samtidig og man kan starte på ønskede frekvenser umiddelbart. Aktuatoren kan dermed slås av og på umiddelbart uten å måtte gå gjennom risikosoner der annen struktur enn rørene som ønskes å settes i sving vibrerer mye. Advantages of hydraulic RHA are that they are fast, have high efficiency, can work at high frequencies, preferably work with frequencies between 0-300 Hz and have variable stroke length, and can add large forces, in a similar order of magnitude to the rotary actuators. This makes it possible to use RHA as both power sources to set pipes to be released into swing, but also as actuators for active damping. Since RHA can be applied to arbitrary signals, and not just sinusoids, it is possible to use them for smart control as mentioned above, they can act on several frequency components at the same time and you can start on desired frequencies immediately. The actuator can thus be switched on and off immediately without having to go through risk zones where structures other than the pipes that are to be set in motion vibrate a lot.
Det er et ytterligere formål å frembringe en løsning som gjør at vibrasjoner og spenninger som oppstår på rigg reduseres i betydelig grad. It is a further purpose to produce a solution which means that vibrations and stresses that occur on rigs are reduced to a significant extent.
Vibrasjonsmålinger gjennomført med konvensjonelt vibrasjonsfrigjøringsutstyr viser at svært høye vibrasjonsnivå oppstår når enhetene benyttes under normal operasjon. På utstyr som er opphengt i heis (topdrive) via wire til toppen (kronen) av boretårn vil en kraftoverføringsvei dermed være via wire. Ved enkelte turtall opplever man at røret som vibratoren (oscillatoren) er fastspent til overfører krefter via rotary dekk eller topdrive. Årsaken er mest sannsynlig at fjærene i fjærpakke for isolasjon har egenfrekvenser i operasjonsområdet for vibratoren (oscillatoren). Vibration measurements carried out with conventional vibration release equipment show that very high vibration levels occur when the units are used during normal operation. On equipment that is suspended in a lift (top drive) via wire to the top (crown) of the derrick, a power transmission path will thus be via wire. At certain revs, you experience that the tube to which the vibrator (oscillator) is clamped transfers power via the rotary tire or top drive. The reason is most likely that the springs in the spring pack for insulation have natural frequencies in the operating range of the vibrator (oscillator).
For å stanse kreftene fra å bre seg til boreriggen for en vibrator (oscillator) montert på dekk eller opphengt i boretårn er det essensielt at man vibrasjonsisolerer overføringsveiene. Dette kan gjøres ved passiv vibrasjonsisolasjon eller aktiv vibrasjonsisolasjon. Ved passiv vibrasjonsisolasjon kan det benyttes ulike mekaniske tilpasninger. Aktiv vibrasjonsisolasjon kan gjøres ved aktiv isolatorkonfigurasjon og/eller aktiv dempekonfigurasjon. In order to stop the forces from spreading to the drilling rig for a vibrator (oscillator) mounted on deck or suspended in a derrick, it is essential that the transmission paths are vibration insulated. This can be done by passive vibration isolation or active vibration isolation. For passive vibration isolation, various mechanical adaptations can be used. Active vibration isolation can be done by active isolator configuration and/or active damping configuration.
Oppsummering av oppfinnelsen Summary of the invention
Overnevnte formål oppnås med et resonatorverktøy for frigjøring av rør eller objekter, der resonatorverktøyet er opphengt mellom en topdrive på en borerigg og en casing som strekker seg ned i et borehull, idet resonatorverktøyet er innrettet til å overføre vibrasjoner i aksial retning via nevnte casing til det fastspente rør eller objekt, hvori resonatorverktøyet omfatter: The above-mentioned purpose is achieved with a resonator tool for releasing pipes or objects, where the resonator tool is suspended between a top drive on a drilling rig and a casing that extends down into a borehole, the resonator tool being arranged to transmit vibrations in an axial direction via said casing to the clamped pipe or object, in which the resonator tool includes:
- en nedre aktuatordel med en første frekvensstyrt vibrator for overføring av nevnte vibrasjoner i aksial retning i casingen, hvilken første frekvensstyrte vibrator er forbundet med casingen og utstyrt med en lineært bevegelig reaksjonsmasse, - en mellomliggende isolatordel forbundet med den nedre aktuatordelen og den første frekvensstyrte vibratoren via et antall luftfjærer og et antall støtdempere for å redusere overføring av vibrasjoner i resonatorverktøyet, der den nedre aktuatordelen og den mellomliggende isolatordelen er innbyrdes bevegelige i forhold til hverandre i aksial retning, og der den mellomliggende isolatordelen har en egenfrekvens som er forskjellig fra resonatorverktøyets forventede arbeidsfrekvens og boreriggens egenfrekvenser, - a lower actuator part with a first frequency-controlled vibrator for transmitting said vibrations in the axial direction in the casing, which first frequency-controlled vibrator is connected to the casing and equipped with a linearly movable reaction mass, - an intermediate insulator part connected to the lower actuator part and the first frequency-controlled vibrator via a number of air springs and a number of shock absorbers to reduce the transmission of vibrations in the resonator tool, where the lower actuator part and the intermediate isolator part are mutually movable relative to each other in the axial direction, and where the intermediate isolator part has a natural frequency that is different from the resonator tool's expected working frequency and the natural frequencies of the drilling rig,
- en toppdel med en andre frekvenstyrt vibrator, - a top part with a second frequency controlled vibrator,
- der toppdelen er forbundet med nevnte topdrive og den mellomliggende isolatordelen, og hvor toppdelen er forbundet med den mellomliggende isolatordelen via et antall luftfjærer, samt at toppdelen og den mellomliggende isolatordelen er innbyrdes bevegelige i forhold til hverandre i aksial retning, og - where the top part is connected to said top drive and the intermediate insulator part, and where the top part is connected to the intermediate insulator part via a number of air springs, and that the top part and the intermediate insulator part are mutually movable relative to each other in the axial direction, and
- et kontroll- og instrumenteringssystem for å styre delene som inngår i resonatorverktøyet. - a control and instrumentation system to control the parts included in the resonator tool.
Den nedre aktuatordelen, den mellomliggende isolatordelen og toppdelen kan være mekanisk sammenkoblet via respektive glidelagre for å tillate nevnte innbyrdes bevegelse i forhold til hverandre. The lower actuator part, the intermediate insulator part and the top part can be mechanically connected via respective sliding bearings to allow said mutual movement in relation to each other.
Resonatorverktøyet kan omfatte et passivt dempersystem i form av nevnte luftfjærer anordnet til den mellomliggende isolatordelen og nevnte støtdempere anordnet mellom den mellomliggende isolatordelen og den nedre aktuatordelen. The resonator tool can comprise a passive damper system in the form of said air springs arranged to the intermediate insulator part and said shock absorbers arranged between the intermediate insulator part and the lower actuator part.
Resonatorverktøyet kan videre omfatte et aktivt dempersystem i form av den andre frekvensstyrte vibratoren utstyrt med en egen reaksjonsmasse, der den andre vibratoren er montert i toppdelen The resonator tool can further comprise an active damper system in the form of the second frequency-controlled vibrator equipped with a separate reaction mass, where the second vibrator is mounted in the top part
. .
Det aktive dempersystemet kan være innrettet til å bli aktivert om det registreres at det passive dempersystemet ikke er tilstrekkelig. The active damper system can be arranged to be activated if it is registered that the passive damper system is not sufficient.
Toppdelen omfattende den andre vibratoren utstyrt med en egen reaksjonsmasse, kan være innrettet til å påføre et lavamplitude frekvenssveip til casingen som strekker seg ned i borehullet. The top part comprising the second vibrator equipped with a separate reaction mass may be arranged to apply a low amplitude frequency sweep to the casing extending down the borehole.
Under frekvenssveipet kan den nedre aktuatordelen være innrettet til å bli låst fast til toppdelen ved hjelp av et antall mekaniske koblinger. During the frequency sweep, the lower actuator part may be arranged to be locked to the top part by means of a number of mechanical linkages.
Kontrollsystemet kan basert på registrerte egenfrekvenser i casingen være innrettet til å beregne posisjon til det fastspente rør eller objekt, samt hvilken frekvens vibratoren i aktuatordelen skal påføre casingen for å frigjøre det fastspente rør eller objekt. Based on registered natural frequencies in the casing, the control system can be designed to calculate the position of the clamped pipe or object, as well as which frequency the vibrator in the actuator part should apply to the casing to release the clamped pipe or object.
Den frekvensstyrete vibratoren kan være en resiprokerende hydraulisk aktuator i form av en hydraulisk shaker. The frequency-controlled vibrator can be a reciprocating hydraulic actuator in the form of a hydraulic shaker.
Overnevnte formål oppnås også med fremgangsmåte for frigjøring av rør eller objekter i en brønnformasjon, der et resonatorverktøy som omtalt ovenfor opphenges mellom en topdrive på en borerigg og en casing som strekker seg ned i et borehull, idet resonatorverktøyet overfører vibrasjoner i aksial retning via nevnte casing til det fastspente rør eller objekt, omfattende de følgende trinn: The above-mentioned purpose is also achieved with a method for releasing pipes or objects in a well formation, where a resonator tool as mentioned above is suspended between a top drive on a drilling rig and a casing that extends down into a borehole, the resonator tool transmitting vibrations in an axial direction via said casing to the clamped pipe or object, comprising the following steps:
- låsing av en toppdel og en nedre aktuatordel til resonatorverktøyet stivt sammen, - sende et frekvenssveip av aksielle vibrasjoner ned i røret som sitter fast ved hjelp av en andre frekvensstyrt hydraulisk vibrator montert i toppdelen, - locking a top part and a lower actuator part of the resonator tool rigidly together, - sending a frequency sweep of axial vibrations down the stuck pipe by means of a second frequency-controlled hydraulic vibrator mounted in the top part,
- opplåsing av koblingen mellom toppdelen og den nedre aktuatordelen slik at toppdelen og den nedre aktuatordelen er fritt bevegelig i forhold til hverandre, og - basert på resultatet av frekvenssveipet startes en første frekvensstyrt hydraulisk vibrator montert i den nedre aktuatordelen med overføring av vibrasjoner i aksial retning i casingen. - unlocking the coupling between the top part and the lower actuator part so that the top part and the lower actuator part are freely movable in relation to each other, and - based on the result of the frequency sweep, a first frequency-controlled hydraulic vibrator mounted in the lower actuator part is started with the transmission of vibrations in the axial direction in the casing.
Basert på resultatet av frekvenssveipet kan den første frekvensstyrt vibratoren starte direkte på en ønsket frekvens og lav amplitude (slaglengde). Based on the result of the frequency sweep, the first frequency-controlled vibrator can start directly at a desired frequency and low amplitude (stroke length).
Vibreringsfrekvensen som velges er fortrinnsvis en markert egenfrekvens til det fastspente rør, funnet under frekvensseipet, slik at vibrasjonene overføres til området hvor det fastspente rør eller objekt sitter fast. The vibration frequency that is selected is preferably a marked natural frequency of the clamped pipe, found below the frequency slip, so that the vibrations are transferred to the area where the clamped pipe or object is stuck.
Vibreringsfrekvensen som velges ligger helst fjernt fra riggens kritiske egenfrekvenser. The vibration frequency chosen is preferably far from the rig's critical natural frequencies.
For å isolere vibrasjoner mellom den nedre aktuatordelen med den første frekvensstyrt vibratoren som overfører nevnte vibrasjoner i aksial retning i casingen og toppdelen forbundet med nevnte topdrive, kan det monteres en fritt bevegelig mellomliggende isolatordel. In order to isolate vibrations between the lower actuator part with the first frequency-controlled vibrator which transmits said vibrations in the axial direction in the casing and the top part connected to said top drive, a freely movable intermediate isolator part can be mounted.
Den mellomliggende isolatordelen kan forbindes med toppdelen og aktuatordelen via et antall luftfjærer, og der kraften i luftfjærene endres ved å variere trykket ettersom hvor stor belastningen er i resonatorverktøyet. The intermediate insulator part can be connected to the top part and the actuator part via a number of air springs, and where the force in the air springs is changed by varying the pressure according to how great the load is in the resonator tool.
Den mellomliggende isolatordelen kan også forbindes med aktuatordelen via et antall støtdempere. The intermediate insulator part can also be connected to the actuator part via a number of shock absorbers.
Videre kan den andre frekvensstyrte vibratoren være utstyrt med en egen reaksjonsmasse, og som under aktivering påfører aktiv dempning i Furthermore, the second frequency-controlled vibrator can be equipped with a separate reaction mass, which during activation applies active damping in
resonatorverktøyet. the resonator tool.
Den andre frekvensstyrte vibratoren kan også aktiveres om det registreres at det passive dempersystemet med luftfjærene ikke er tilstrekkelig. The second frequency-controlled vibrator can also be activated if it is detected that the passive damper system with the air springs is not sufficient.
Beskrivelse av figurer Description of figures
Foretrukne utførelser av oppfinnelsen skal i det etterfølgende omtales mer detaljert med henvisning til de medfølgende figurene, hvori: Preferred embodiments of the invention will be described in more detail below with reference to the accompanying figures, in which:
Figur 1 viser en prinsippskisse av et resonatorverktøy (TOR) for frigjøring av rør eller objekter ifølge oppfinnelsen. Figure 1 shows a schematic diagram of a resonator tool (TOR) for releasing pipes or objects according to the invention.
Figur 2 viser markert en toppdel som inngår i resonatorverktøyet vist i figur 1. Figur 3 viser markert en mellomliggende isolatordel som inngår i resonatorverktøyet vist i figur 1. Figure 2 clearly shows a top part which is included in the resonator tool shown in figure 1. Figure 3 clearly shows an intermediate insulator part which is included in the resonator tool shown in figure 1.
Figur 4 viser markert en nedre aktuatordel som inngår i resonatorverktøyet vist i figur 1. Figure 4 clearly shows a lower actuator part that is included in the resonator tool shown in Figure 1.
Figur 5 viser resonatorverktøyet ifølge oppfinnelsen opphengt mellom en topdrive og en casing. Figure 5 shows the resonator tool according to the invention suspended between a top drive and a casing.
Beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen. Description of preferred embodiments of the invention.
Kjent, kommersielt tilgjengelig topside vibrasjonsutstyr for frigjøring av fastspente rør benytter motroterende eksentermasser som typisk drives av hydrauliske motorer. Kraften er gitt av F=mew^2, hvor F er påført kraft, m er eksentermasse, e er eksenteravstand og w er rotasjonshastighet. Motroterende masser benyttes for å kansellere kraften horisontalt og resultatet er at kraften får en sinusform som hovedsakelig virker i vertikal retning. Ulempene med dette prinsippet er at det er vanskelig å kontrollere. Dersom en ønsker å eksitere rørsystemene ved en spesiell frekvens er man nødt til å gå gjennom et lavfrekvent frekvensområde først. Det samme skjer når vibrasjonsenheten skal stanses. På grunn av rotasjonstregheten vil alltid rotasjonsaktuatoren måtte passere gjennom alle frekvenser ned fra operasjonsfrekvensen. Grunnstruktur, som f.eks. boretårn, bærestruktur og rørsystemer tilkoblet rigg vil kunne settes i svingninger som følge av opp- og nedkjøring av vibratorenheten dersom den virker i rotasjon. En annen ulempe med rotasjonsaktuatoren er at den kun kan virke på en frekvens om gangen da frekvensen er direkte koblet til rotasjonshastigheten til motoren. En tredje ulempe er at kraften øker kvadratisk med turtallet. Det vil være vanskelig å gå veldig høyt i frekvens (maks 18 Hz) og dessuten svært vanskelig å styre amplituden på kraften med en slik enhet. Known, commercially available topside vibration equipment for freeing clamped pipes uses counter-rotating eccentric masses that are typically driven by hydraulic motors. The force is given by F=mew^2, where F is applied force, m is eccentric mass, e is eccentric distance and w is rotational speed. Counter-rotating masses are used to cancel the force horizontally and the result is that the force takes on a sinusoidal form that mainly acts in the vertical direction. The disadvantages of this principle are that it is difficult to control. If you want to excite the pipe systems at a particular frequency, you have to go through a low-frequency frequency range first. The same happens when the vibration unit is to be stopped. Due to the rotational inertia, the rotary actuator will always have to pass through all frequencies down from the operating frequency. Basic structure, such as derrick, support structure and pipe systems connected to the rig will be able to oscillate as a result of the vibrator unit being moved up and down if it operates in rotation. Another disadvantage of the rotary actuator is that it can only act on one frequency at a time as the frequency is directly linked to the rotational speed of the motor. A third disadvantage is that the power increases squarely with the rpm. It will be difficult to go very high in frequency (max 18 Hz) and moreover very difficult to control the amplitude of the power with such a device.
Resonatorverktøyet ifølge oppfinnelsen er basert på en stor hydraulisk vibrator (recipocating hydraulic actuator eller en hydraulisk shaker – RHA) som henges i topdrive og mellom toppen av borerørsstrengen og kobles til casing som sitter fast nede i brønnen. Vibratoren vil overføre vibrasjonene i aksiell retning gjennom borerørstrengen og ned til punktet som sitter fast. Ved gitte frekvenser vil man få stående aksielle bølger (resonans) i rørsystemet, som i sin tur kan være med på å vibrere casing slik at friksjonen mellom casing og kontaktsoner reduseres, og transportere energi til stuck point, og sørge for å frigjøre casing fra det som holder casing fast (settlet baritt, innseget formasjon, sementrester etc.). The resonator tool according to the invention is based on a large hydraulic vibrator (recipocating hydraulic actuator or a hydraulic shaker - RHA) which is suspended in the top drive and between the top of the drill pipe string and connected to the casing which is fixed down in the well. The vibrator will transmit the vibrations in an axial direction through the drill string and down to the point that is stuck. At given frequencies, you will get standing axial waves (resonance) in the pipe system, which in turn can help to vibrate the casing so that the friction between the casing and contact zones is reduced, and transport energy to the stuck point, and ensure that the casing is freed from it which holds the casing firmly (settled barite, realized formation, cement residues, etc.).
For å kunne ha kontroll på frigjøringsprosessen og optimalisere frigjøringen, er man avhengig av å kunne kontrollere både frekvens og amplitude. I motsetning til en rotasjonsaktuator, som kun kan kontrollere frekvens ved turtall og har et smalt operasjonsområde, vil en RHA kunne kontrollere både frekvens og amplitude og i tillegg ha et bredt operasjonsområde. RHA er bygd opp rundt en kjent ventilteknologi som muliggjør ekstremt rask og presis styring av en spesialprodusert hydraulikksylinder med friksjonsløse hydrostatiske lagre. En hydraulisk shaker kan overføre enorme mengder energi, og er i hovedsak kun begrenset av hvor stor HPU man har tilgjengelig. Et viktig argument for å ta i bruk denne teknologien er sikkerhet. I motsetning til en rotasjonsaktuator, har denne ingen opplagret energi i form av roterende masser, og kan dermed stoppes umiddelbart ved nødstopp. Vibratoren slipper også å kjøres gjennom risikofylte resonanssoner som rigg og boretårn har. In order to be able to control the release process and optimize the release, you need to be able to control both frequency and amplitude. In contrast to a rotary actuator, which can only control frequency at speed and has a narrow operating range, an RHA will be able to control both frequency and amplitude and, in addition, have a wide operating range. RHA is built around a well-known valve technology that enables extremely fast and precise control of a specially manufactured hydraulic cylinder with frictionless hydrostatic bearings. A hydraulic shaker can transfer huge amounts of energy, and is essentially only limited by how big the HPU is available. An important argument for adopting this technology is security. In contrast to a rotary actuator, this has no stored energy in the form of rotating masses, and can thus be stopped immediately in the event of an emergency stop. The vibrator also avoids driving through risky resonance zones that rigs and derricks have.
Som vist i figurene omfatter resonatorverktøyet 10 i hovedsak tre deler: en øvre toppdel 12 med standard innfestning som festes til topdrive 40, en mellomliggende isolatordel 14, og en nedre aktuatordel 16 som festes til et borerør så som en casing 42 via en standard innfesting. I tillegg omfatter resonatorverktøyet 10 et kontroll- og instrumenteringssystem (ikke vist). As shown in the figures, the resonator tool 10 essentially comprises three parts: an upper top part 12 with a standard attachment which is attached to the top drive 40, an intermediate insulator part 14, and a lower actuator part 16 which is attached to a drill pipe such as a casing 42 via a standard attachment. In addition, the resonator tool 10 comprises a control and instrumentation system (not shown).
En frekvensstyrt hydraulisk vibrator (RHA) 20 med en stor oscillerende masse 28 er montert på den nedre aktuatordelen 16. Massen 28 er montert på sylinderstangen til en recipocating hydraulic aktuator som glir lineært opp og ned styrt med lineærlagre. Den nedre aktuatordelen klampes i røret 42 som sitter fast i brønnen. A frequency controlled hydraulic vibrator (RHA) 20 with a large oscillating mass 28 is mounted on the lower actuator part 16. The mass 28 is mounted on the cylinder rod of a recipocating hydraulic actuator which slides linearly up and down controlled by linear bearings. The lower actuator part is clamped in the pipe 42 which is fixed in the well.
Den nedre aktuatordelen 16 er forbundet med den mellomliggende isolatordelen 14 via et nedre sett med luftfjærer 24, mens den mellomliggende isolatordelen 14 er forbundet med toppdelen 12 via et øvre sett med luftfjærer 22. Toppdelen 12, isolatordelen 14 og aktuatordelen 16 er fortrinnsvis utformet som rammeverk som er innbyrdes bevegelige i forhold til hverandre via lineære glidelagre 32. Av illustrasjonshensyn er kun noen få av glidelagrene 32 gitt henvisningstall. Disse lagrene 32 kan også benyttes for styring av toppmassen 28 til vibratoren 20. The lower actuator part 16 is connected to the intermediate insulator part 14 via a lower set of air springs 24, while the intermediate insulator part 14 is connected to the top part 12 via an upper set of air springs 22. The top part 12, the insulator part 14 and the actuator part 16 are preferably designed as a framework which are mutually movable in relation to each other via linear sliding bearings 32. For reasons of illustration, only a few of the sliding bearings 32 are given reference numbers. These bearings 32 can also be used for controlling the top mass 28 of the vibrator 20.
Den øvre toppdelen 12 henges i topdrive 40 så man kan trekke med riggens vinsj. En andre og mindre, frekvensstyrt hydraulisk hjelpevibrator 30 utstyrt med en egen reaksjonsmasse kan være montert i toppdelen 12. Denne andre hjelpevibratoren 30 kan i hovedsak benyttes til to formål; vibratordempning i resonatorverktøyet 10 eller til å påføre et lavamplitude frekvenssveip til casingen 42 som strekker seg ned i borehullet. The upper top part 12 is hung in the top drive 40 so that you can pull with the rig's winch. A second and smaller, frequency-controlled auxiliary hydraulic vibrator 30 equipped with a separate reaction mass can be mounted in the top part 12. This second auxiliary vibrator 30 can mainly be used for two purposes; vibrator damping in the resonator tool 10 or to apply a low-amplitude frequency sweep to the casing 42 extending down the borehole.
Ved hjelp av mekaniske koblinger 38 kan toppdelen 12 med den andre vibratoren 30 låses fast til den nedre aktuatordelen16, for å sende et frekvenssveip av aksielle vibrasjoner ned i casingen som sitter fast. Slik analyserer man casingen og finner alle dens aksielle egenfrekvenser og dens «stuck point». Deretter låses opp koblingen 38 mellom toppdelen 12 og den nedre aktuatordelen 16 slik at resonatorverktøyet 10 blir fri og aksielt avfjæret. By means of mechanical couplings 38, the top part 12 with the second vibrator 30 can be locked to the lower actuator part 16, to send a frequency sweep of axial vibrations down into the casing which is stuck. This is how you analyze the casing and find all its axial natural frequencies and its "stuck point". The coupling 38 between the top part 12 and the lower actuator part 16 is then unlocked so that the resonator tool 10 is free and axially sprung.
Basert på det som ble funnet ved skanningen kan nå den store hydrauliske vibratoren (20) (hovedvibratoren) starte direkte på en ønsket frekvens og lav amplitude (slaglengde). Based on what was found during the scan, the large hydraulic vibrator (20) (main vibrator) can now start directly at a desired frequency and low amplitude (stroke length).
Frekvensen som velges bør være en av de sterkeste egenfrekvensene som ble funnet på casingen og samtidig den som ligger lengst borte fra riggens kritiske egenfrekvenser. Deretter kan amplituden på massen 28 som står på den hydrauliske vibratoren 20 økes, slik at det er full kontroll på effekten som brukes, og når casingen løsner kan det avsluttes. Slik trenger man kanskje ikke bruke max effekt på resonatorverktøyet 10. Dette kan styres smart med resonatorverktøyets styringssystem som under prosessen også kan overvåke vibrasjonsnivåer på flere stedet på riggen slik at man ikke overstiger hva man tillater av vibrasjoner på rigg. The frequency chosen should be one of the strongest natural frequencies found on the casing and at the same time the one that is furthest away from the rig's critical natural frequencies. Then the amplitude of the mass 28 standing on the hydraulic vibrator 20 can be increased, so that there is full control over the effect used, and when the casing loosens it can be terminated. In this way, you may not need to use maximum power on the resonator tool 10. This can be controlled smartly with the resonator tool's control system, which during the process can also monitor vibration levels at several places on the rig so that you do not exceed what you allow for vibrations on the rig.
Mens den hydrauliske vibratoren 20 oscillerer og sender aksielle pulser ned i casingen kan det trekkes med toppdrive vinsjen. Kreftene fra toppdelen 12 og ned til den delen som rister overføres med de nevnte øvre og nedre sett med luftfjærer 22,24 i serie via den mellomliggende isolatordelen 14. Disse luftfjærene 22,24 kan endre kraft med hjelp av varierende trykk etter som hvor hardt vinsjen trekker. Slik vil resonatorverktøyet 10 kunne ha konstant lengde i forhold til varierende kraft. While the hydraulic vibrator 20 oscillates and sends axial pulses down into the casing, it can be pulled with the top drive winch. The forces from the top part 12 down to the part that shakes are transmitted with the aforementioned upper and lower sets of air springs 22,24 in series via the intermediate insulator part 14. These air springs 22,24 can change force with the help of varying pressures depending on how hard the winch pulls. In this way, the resonator tool 10 will be able to have a constant length in relation to varying force.
For å isolere den nedre aktuatordelens 16 kraftige vibrasjoner fra toppdelen 12 er den mellomliggende isolatordelen 14 montert mellom luftfjærene 22,24. Denne mellomliggende isolatordelen 14 er i prinsippet helt løs og har en egenfrekvens som ligger lange borte fra resonatorverktøyets 10 forventede arbeidsfrekvens og riggens egenfrekvenser. Slik vil den mellomliggende isolatordelen 14 isolere vibrasjonene fra den nedre aktuatordelen 16 effektivt. Luftfjærer overfører ikke mye aksielle vibrasjonskrefter ettersom de er veldig lette, og har ingen aksielt svingende masse. Den mellomliggende isolatordelen 14 lever da fritt og fjerner det meste av vibrasjoner som måtte gå opp gjennom luftfjærene 22,24. In order to isolate the lower actuator part 16's strong vibrations from the top part 12, the intermediate insulator part 14 is mounted between the air springs 22,24. This intermediate insulator part 14 is in principle completely loose and has an eigenfrequency which is far from the expected working frequency of the resonator tool 10 and the eigenfrequencies of the rig. In this way, the intermediate insulator part 14 will isolate the vibrations from the lower actuator part 16 effectively. Air springs do not transmit much axial vibration forces as they are very light and have no axially oscillating mass. The intermediate insulator part 14 then lives freely and removes most of the vibrations that had to go up through the air springs 22,24.
Hvis den mellomliggende isolatordelen 14 skulle få store utsving på grunn av samsvarende egenfrekvenser kan det monteres oljedempere 26 mellom den nedre aktuatordelen 16 og den mellomliggende isolatordelen 14. Erfaringsmessig kan disse demperne overføre mye krefter for å kontrollere den mellomliggende delen 14. If the intermediate insulator part 14 should experience large fluctuations due to matching natural frequencies, oil dampers 26 can be mounted between the lower actuator part 16 and the intermediate insulator part 14. Based on experience, these dampers can transfer a lot of force to control the intermediate part 14.
Det er derfor en fordel at de teleskopiske oljedemperne 26 er montert mellom den mellomliggende delen 14 og den nedre aktuatordelen 16. Den nedre aktuatordelen 16 representerer mest masse og krefter og vil ikke ha noe problem med å kontrollere kreftene fra demperne. Slik vil den øvre luftfjær 22 få små amplituder å jobbe med og isolasjonen av de aksielle vibrasjonene gjennom resonatorverktøyet 10 vil bli minimal. I tillegg kan som nevnt hjelpevibratoren 30 benyttes som aktiv demper for å fjerne de siste rester av vibrasjon mot topdrive. It is therefore an advantage that the telescopic oil dampers 26 are mounted between the intermediate part 14 and the lower actuator part 16. The lower actuator part 16 represents the most mass and forces and will have no problem controlling the forces from the dampers. In this way, the upper air spring 22 will have small amplitudes to work with and the isolation of the axial vibrations through the resonator tool 10 will be minimal. In addition, as mentioned, the auxiliary vibrator 30 can be used as an active damper to remove the last remnants of vibration towards the top drive.
Målingene viser at det er fare for at mye vibrasjonsenergi kan forplante seg opp boretårnet, og videre ut i riggen. Det er nødvendig å redusere vibrasjonsnivåene som overføres for å kunne anvende utstyret på forsvarlig vis. Samtidig må man opprettholde aksiell resonans i casing for effektiv å frigjøre den. Isolatorpakken består derfor av flere deler bestående av seriekoblede rammeverk, fjærer og dempere. The measurements show that there is a danger that a lot of vibration energy can propagate up the derrick and further into the rig. It is necessary to reduce the transmitted vibration levels in order to use the equipment properly. At the same time, one must maintain axial resonance in the casing to effectively release it. The isolator package therefore consists of several parts consisting of series-connected frameworks, springs and dampers.
Tradisjonelt brukes enorme spiralfjærer (1tonn/stk) som isolatorer. En spiralfjær vil kunne fungere som isolator, men representerer en betydelig risiko for at resonans oppstår og fare for prosjektiler ved fjærbrudd. Resonatorverktøyet er som nevnt tenkt utstyrt med et array av luftfjærer 22,24 montert i serie med aktuatoren. I en luftfjær kan kraften kontrolleres ved å regulere trykket slik at det kan kompenseres for varierende trekkraft fra vinsjen topside samt kompensere for bevegelse i casingen hvis den frigjøres. En luftfjær vil heller ikke ha aksielle og radielle egenfrekvenser slik som en spiralfjær har ettersom de ikke har noe intern masse, noe som forbedrer operasjonsområdet, sikkerheten og vekten på vibrasjonsenheten. Traditionally, huge coil springs (1 tonne/piece) are used as insulators. A spiral spring will be able to function as an insulator, but represents a significant risk of resonance occurring and the danger of projectiles if the spring breaks. As mentioned, the resonator tool is thought to be equipped with an array of air springs 22,24 mounted in series with the actuator. In an air spring, the force can be controlled by regulating the pressure so that it can compensate for varying traction from the winch topside as well as compensate for movement in the casing if it is released. An air spring will also not have axial and radial natural frequencies like a coil spring as they have no internal mass, which improves the operating range, safety and weight of the vibrating unit.
Ved å erstatte mekaniske spiralfjærer i isolatorpakken med luftfjærer vil de radielle og aksielle resonansene som oppstår i fjærene, og som overfører vibrasjoner via rotary og topdrive, fjernes. Luftfjærer er justerbare ved at man varierer trykket i fjæren, noe som muliggjør adaptiv styring. Luftfjærer har dessuten blitt benyttet for isolasjon av store, tunge konstruksjoner tidligere og muliggjør isolasjon ved svært lave frekvenser. By replacing mechanical coil springs in the isolator package with air springs, the radial and axial resonances that occur in the springs, and which transmit vibrations via rotary and top drive, will be removed. Air springs are adjustable by varying the pressure in the spring, which enables adaptive steering. Air springs have also been used for the isolation of large, heavy structures in the past and enable isolation at very low frequencies.
Smart styringssystemet i følge oppfinnelsen kan probe det fastspente rørsystemet ved å påføre en bredbåndet kraft gjennom sveipet sinus eller brus og på denne måten trekke ut karakteristikken til systemet, dvs. egenfrekvenser som responderer mye, dempingen for hver egenfrekvens, mm. Høy amplitude for en egenfrekvens vil mest sannsynlig bety at rørsystemet effektivt overfører energien til «stuck point» dersom man påkjenner rørene med krefter med disse frekvensene. Dempingen for hver målte egenfrekvens vil kunne si noe om friksjonen rundt det fastspente røret. Ved å påkjenne rørene med krefter med disse frekvensene vil man kunne påvirke soner med høy friksjon. Amplituden og dempingen på egenfrekvensene i kombinasjonene vil også muliggjøre og skape et romlig kart over hvordan røret sitter fast. Dette er mulig da egenfrekvensene kun er avhengige av lengdene på rørsystemene, og ikke tverrsnittsgeometri (fn=n* 2524/L, n=1,3,5..). The smart control system according to the invention can probe the clamped pipe system by applying a broadband force through swept sine or soda and in this way extract the characteristic of the system, i.e. natural frequencies that respond a lot, the damping for each natural frequency, etc. High amplitude for a natural frequency will most likely mean that the pipe system effectively transfers the energy to the "stuck point" if you stress the pipes with forces at these frequencies. The damping for each measured natural frequency will be able to say something about the friction around the clamped pipe. By stressing the pipes with forces at these frequencies, it will be possible to influence zones with high friction. The amplitude and damping of the natural frequencies in the combinations will also enable and create a spatial map of how the pipe is stuck. This is possible as the natural frequencies only depend on the lengths of the pipe systems, and not cross-section geometry (fn=n* 2524/L, n=1,3,5..).
Til sammenlikning opereres dagens vibrasjonsfrigjøringsutstyr manuelt. Man skrur opp turtallet til man observerer høy vibrasjonsrespons og ligger deretter på dette turtallet en periode. Med et smart styringssystem kan energien puttes inn i flere egenfrekvenser og dermed tilføre mer total energi. Dette resulterer igjen i kortere frigjøringstid. By comparison, today's vibration release equipment is operated manually. You turn up the speed until you observe a high vibration response and then stay at this speed for a period. With a smart control system, the energy can be put into several natural frequencies and thus add more total energy. This in turn results in a shorter release time.
Claims (18)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20161800A NO342652B1 (en) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | Resonator tools and methods for releasing tubes or objects in a well formation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20161800A NO342652B1 (en) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | Resonator tools and methods for releasing tubes or objects in a well formation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20161800A1 NO20161800A1 (en) | 2018-05-16 |
| NO342652B1 true NO342652B1 (en) | 2018-06-25 |
Family
ID=62494673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20161800A NO342652B1 (en) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | Resonator tools and methods for releasing tubes or objects in a well formation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| NO (1) | NO342652B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4447156A1 (en) * | 1994-12-29 | 1996-07-11 | Georg Koehler | Damping unit for vibratory ram e.g. pile driver |
| GB2332690A (en) * | 1997-12-12 | 1999-06-30 | Thomas Doig | Mechanical oscillator and methods for use |
| US20100139912A1 (en) * | 2005-09-27 | 2010-06-10 | Roger Pfahlert | Drill String Suspension |
-
2016
- 2016-11-15 NO NO20161800A patent/NO342652B1/en unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4447156A1 (en) * | 1994-12-29 | 1996-07-11 | Georg Koehler | Damping unit for vibratory ram e.g. pile driver |
| GB2332690A (en) * | 1997-12-12 | 1999-06-30 | Thomas Doig | Mechanical oscillator and methods for use |
| US20100139912A1 (en) * | 2005-09-27 | 2010-06-10 | Roger Pfahlert | Drill String Suspension |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NO20161800A1 (en) | 2018-05-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10781655B2 (en) | Jarring apparatus | |
| US7264055B2 (en) | Apparatus and method of applying force to a stuck object in a wellbore | |
| NO321520B1 (en) | Pipe injector device with snubber and oscillator | |
| US6550536B2 (en) | Downhole coiled tubing recovery apparatus | |
| US10508495B2 (en) | Linear and vibrational impact generating combination tool with adjustable eccentric drive | |
| CA3011247A1 (en) | Force stacking assembly for use with a subterranean excavating system | |
| GB2332690A (en) | Mechanical oscillator and methods for use | |
| NO342652B1 (en) | Resonator tools and methods for releasing tubes or objects in a well formation | |
| US20130272797A1 (en) | Pile Driving | |
| US11840899B2 (en) | Well abandonment and slot recovery | |
| US10968708B2 (en) | Apparatus and method for raising components from a wellbore | |
| CA3206064A1 (en) | Resonance-enabled drills, resonance gauges, and related methods | |
| RU2473766C2 (en) | Method to drill rocks and device for its realisation | |
| EP0975853B1 (en) | Downhole coiled tubing recovery apparatus | |
| RU2560000C2 (en) | Device for drilling of rocks |