NO343936B1 - Brønnverktøy og en fremgangsmåte med forsterket tetningselementsammenstilling - Google Patents

Description

Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse angår generelt utstyr benyttet og prosedyrer utført i sammenheng med en underjordisk brønn, og fremskaffer i en utførelse omtalt her, mer spesielt et brønnverktøy som har en tetningselementsammenstilling med forsterket ytelse.

Bakgrunn

Mange brønnverktøyer bruker tetningselementsammenstillinger for å avtette et ringformet rom. Eksempler på slike brønnverktøyer innbefatter pakninger, produksjonsrør- og forlengelsesrørhengere etc.

Typiske tetningselementsammenstillinger innbefatter mangfoldige tetningselementer, støtteringer og andre elementer, så som tetningselementskillestykker. Hver av disse strukturene har en nyttig funksjon som skal utføres i den samlede sammenstillingen, men erfaring viser at brønnfluid kan bli innfanget mellom strukturene når tetningselementsammenstillingen er utvidet radialt utover for å avtette det ringformede rommet.

US 2003/0047880 A1 beskriver et brønntetningselement og en fremgangsmåte for installasjon og fjerning av elementene fra en brønn. Tetningselementet har et antall spalter dannet i tetningselementet.

2006/0232019 A1 beskriver en antiekstruderingssammenstilling som brukes i forbindelse med en ekspanderbar pakningsinnretning. Sammenstillingen omfatter to spaltede metalliske ringer som er innkapslet i et ikke-metallisk materiale. De spaltede metalliske ringer forhindrer ekstrudering av tetningsmekanismen av den ekspanderbare pakningsinnretning når innretningen settes i et brønnborings fôringsrør. Det innkapslede ikke-metalliske materiale beskytter de metalliske ringer mot skade når pakningsinnretningen kjøres inn i brønnboringen.

US 5311938 A beskriver en gjenvinnbar pakning tilpasset service under høytemperaturog høytrykks driftstilstander, som har en forbedret forsegling tilveiebrakt av en forseglingselement-stikkoverflate som er radialt forskjøvet i forhold til forseglingselementets støtteflate av pakkerlegemet.

Forsøk er blitt gjort i det siste på å avbøte dette problemet med innfanget fluid i tetningselementsammenstillinger. Én foreslått løsning er å øke settekraften brukt for å utvide sammenstillingen. Imidlertid krever økt settekraft større settestempler, anvendelse av økt trykk og/eller komponenter som har økt styrke etc. Hver av disse presenterer sitt eget sett av problemer som skal overvinnes.

En annen foreslått løsning er å øke tidsperioden under hvilken tetningselementsammenstillingen utvides. På denne måten er mer tid gitt for fluidet for å unnslippe fra tetningselementsammenstillingen. Imidlertid krever økning av settetiden at trykk skal påføres i en lengre periode og/eller øker kostnaden av setteprosedyren etc.

Enda en annen foreslått løsning er å bevirke fluidunnslippelsesruter i formen av huller eller slisser i støtteringene. Imidlertid fører dette til uønskede spenningskonsentrasjoner i støtteringene og/eller tillater urimelig uttrengning av tetningselementer gjennom hullene eller slissene etc.

Det kan derfor ses at forbedringer er påkrevd innen teknikken for konstruksjon av tetningselementsammenstillinger.

Sammenfatning

Ved gjennomføring av prinsippene i henhold til foreliggende oppfinnelse er det tildannet en tetningselementsammenstilling som løser minst ett problem innenfor teknikken. I ett aspekt er det tildannet et brønnverktøy som innbefatter en en tetningselementsammenstilling for tettende inngrep med en overflate, idet sammenstillingen innbefatter en støttering med et periferisk ensartet innledende tverrsnitt og et tetningselement som har minst én periferi-variasjon. Periferi-variasjonen er en flate område eller en konkav utsparing på den ellers sylindriske ytre overflaten av støtteringen og er konfigurert for å påføre periferisk varierende spennkrefter mot støtteringen slik at tetningselementet deformerer støtteringen, således at den har et periferisk uensartet tverrsnitt når sammenstillingen er satt.

I enda et annet aspekt er det skaffet tilveie en fremgangsmåte for setting av et brønnverktøy som innbefatter en tetningselementsammenstilling Fremgangsmåten omfatter trinnene: tildannelse av tetningselementsammenstillingen med en støttering med et periferisk ensartet innledende tverrsnitt og et tetningselement som har minst én periferi-variasjon; og setting av brønnverktøyet, idet tetningselementet påfører en spennkraft for å forskyve støtteringen til berøring med en overflate. Periferi-variasjonen er en flate område eller en konkav utsparing på den ellers sylindriske ytre overflaten av støtteringen og spennkraften er avvikende ved variasjonen sammenlignet med ved partier av tetningselementet anbrakt periferisk i avstand fra variasjonen slik at tetningselementet deformerer støtteringen, således at den har et periferisk uensartet tverrsnitt når sammenstillingen er satt.

Disse og andre innslag, fordeler, gevinster og formål med foreliggende oppfinnelse vil bli åpenbare for en med ordinær erfaring innen teknikken ved omhyggelig vurdering av den detaljerte redegjørelsen av typiske utførelser i henhold til oppfinnelsen herunder og de vedføyde tegningene, i hvilke like elementer er angitt i de forskjellige figurene ved hjelp av de samme henvisningstallene.

Kortfattet omtale av tegningene

Figur 1 er et skjematisk riss av et brønnsystem som realiserer prinsipper i henhold til foreliggende oppfinnelse;

Figur 2 er et skjematisk tverrsnittsriss i forstørret målestokk av en tidligere kjent tetningselementsammenstilling;

Figurene 3A & B er skjematiske, isometriske riss av et tetningselement som virkeliggjør prinsipper i henhold til foreliggende oppfinnelse;

Figurene 4A-C er skjematiske tverrsnittsriss av en tetningselementsammenstilling som realiserer prinsipper i henhold til foreliggende oppfinnelse, og som inkluderer tetningselementet fra figurene 3A & B, idet sammenstillingen er usatt i figur 4A, delvis satt i figur 4B og mer fullstendig satt i figur 4C;

Figur 5 er et enderiss i forstørret målestokk av den satte tetningselementsammenstillingen fra figur 4B;

Figur 6 er et isometrisk riss av den satte tetningselementsammenstillingen fra figur 4B; og

Figurene 7 & 8 er enderiss i henhold til alternative konfigurasjoner av tetningselementet fra figurene 3A & B.

Detaljert omtale

Det skal forstås at de ulike utførelsene i henhold til foreliggende oppfinnelse omtalt her kan benyttes i forskjellige orienteringer, så som skrånet, omvendt, horisontal, vertikal etc., og i avvikende konfigurasjoner, uten fravikelse fra prinsippene i henhold til foreliggende oppfinnelse. Utførelsene er kun omtalt som eksempler i henhold til nyttige anvendelser av prinsippene for oppfinnelsen, og er ikke begrenset til noen spesielle detaljer av disse utførelsene. I den etterfølgende omtalen av typiske utførelser i henhold til oppfinnelsen er retningsuttrykk, så som "over", "under", "øvre", "nedre" etc. utelukkende brukt for enkelhets skyld ved henvisning til de vedføyde tegningene.

Typisk illustrert i figur 1 et brønnsystem 10, som virkeliggjør prinsipper i henhold til foreliggende oppfinnelse. I systemet 10 er et brønnverktøy 12 brukt for å avtette et ringformet rom 14 mellom en indre rørformet streng 16 og en ytre rørformet streng 18. Mer spesielt tildanner brønnverktøyet 12 en trykkbarriere mellom en indre overflate 20 av den rørformede strengen 18 og en ytre overflate 22 av den rørformede strengen 16.

Slik som skildret i figur 1, kunne den indre rørformede strengen 16 være en produksjonsrørstreng, en kveilrørstreng, en forlengelsesrørstreng eller en annen type av rørformet streng. Den ytre rørformede strengen 18 kunne være en fôringsrørstreng, en forlengelsesrørstreng, en rørledningsstreng eller hvilken som helst annen type av rørformet streng.

Legg merke til at det ikke er nødvendig ved opprettholdelse av prinsippene i henhold til oppfinnelsen at brønnverktøyet 12 brukes for tetting mellom rørformede strenger 16, 18. For eksempel kunne den ytre rørformede strengen 18 i stedet være et brønnhode eller en annen struktur, i hvilket tilfelle overflaten 20 ville være en indre overflate av strukturen. Lignende kunne den indre rørformede strengen 16 likeså være en annen type av struktur om ønsket, i hvilket tilfelle overflaten 22 ville være en ytre overflate av strukturen.

Brønnverktøyet 12 kunne være en pakning, forlengelsesrørhenger, en rørledningshenger eller en annen type av brønnverktøy. Slik som illustrert i figur 1, innbefatter brønnverktøyet 12 en tetningselementsammenstilling 24, som avtetter det ringformede rommet 14 mellom overflatene 20, 22. Fortrinnsvis innbefatter sammenstillingen 24 innslag omtalt mer fullstendig under, og som forsterker evnen sammenstillingen har til vellykket å avtette det ringformede rommet 14.

I systemet 10 er brønnverktøyet 12 overført med den indre rørformede strengen 16 inn i den ytre rørformede strengen 18 og deretter, når korrekt posisjonert, er brønnverktøyet "satt" for derved å bevirke at sammenstillingen 24 avtetter det ringformede rommet 14. Brønnverktøyet 12 kunne likeså innbefatte forankringsinnretninger, så som et kilebelte etc., som virker for å sikre brønnverktøyet i posisjon med hensyn til den ytre rørformede strengen 18.

Slik som brukt her, angir uttrykket "setting" og lignende uttrykk (så som "satt") prosedyren som forårsaker avtettingen av et rom (så som rommet 14) mellom overflater (så som overflatene 20, 22). Setteprosedyren kan utføres på forskjellige måter, for eksempel ved påføring av trykk mot innsiden av den indre rørformede strengen 16, påføring av kraft mot den rørformede strengen, manipulering av den rørformede strengen etc. Hvilken som helst måte for setting av brønnverktøyet 12 kan brukes ved opprettholdelse av prinsippene i henhold til oppfinnelsen.

Typisk vil setteprosedyren resultere i at tetningselementsammenstillingen 24 utvides radialt utover til tettende berøring med overflaten 20. Denne utvidelsen utover kunne forårsakes ved langsgående sammentrykking av sammenstillingen 24, men hvilken som helst annen måte for utvidelse av sammenstillingen kunne brukes ved opprettholdelse av prinsippene i henhold til oppfinnelsen. For eksempel kunne sammenstillingen 24 utvides ved oppblåsing, svelling etc.

Legg merke til at brønnverktøyet 12 kunne bæres på den ytre rørformede strengen 18 i stedet for på den indre rørformede strengen 16, i hvilket tilfelle setteprosedyren kunne resultere i at sammenstillingen 24 utvides radialt innover for å avtette det ringformede rommet 14. Således bør det klart forstås at prinsippene i henhold til oppfinnelsen ikke er begrenset i det hele tatt av detaljene for brønnsystemet 10 skildret i figur 1 og omtalt her.

Nå med ytterligere henvisning til figur 2, er det skjematisk illustrert en tidligere kjent tetningselementsammenstilling 28, således at visse fordeler bevirket av foreliggende oppfinnelse mer fullstendig skal forstås. I det siste ville denne typen av tetningselementsammenstilling 28 ha blitt brukt for å avtette det ringformede rommet 14 mellom overflatene 20, 22.

Sammenstillingen 28 innbefatter et sentralt tetningselement 30 overskrevet av ytre tetningselementer 32, 34. Skillestykker 36, 38 bidrar til å opprettholde utformingen av tetningselementene 30, 32, 34 når de er langsgående trykket sammen mellom skuldre 40, 42. Én eller begge skuldrene 40, 42 kan forskyves innover mot sammenstillingen 28 for langsgående å trykke sammen sammenstillingen.

Etter hvert som sammenstillingen 28 er trykket sammen langsgående, utvider tetningselementene 30, 32, 34 seg radialt utover. Ett resultat av denne utvidelsen utover er at de ytre tetningselementene 32, 34 spenner støtteringer 44, 46 til å deformere seg radialt utover og eventuelt berøre overflaten 20, noe som derved begrenser utpressing av elementene 30, 32, 34 forbi støtteringene.

Det vil forstås at det, ettersom hulrom finnes mellom elementene 30, 32, 34, skillestykkene 36, 38, støtteringene 44, 46 og hvilke som helst andre strukturer i sammenstillingen 28, er ganske mulig at fluid vil bli innfanget i sammenstillingen 28 etter hvert som den utvider seg radialt utover til tettende berøring med overflaten 20. I særdeleshet drives de ytre elementene 32, 34 med understøttelse fra støtteringene 44, 46 for å avtette det ringformede rommet 14 ved motsatte ender av sammenstillingen 28 før setteprosedyren er avsluttet, delvis på grunn av faktumet at de ytre elementene og støtteringene er periferisk kontinuerlige og ensartede i tverrsnitt.

Slik som nevnt over, er støtteringene 44, 46 blitt forsynt med huller og slisser (ikke vist i figur 2) i det siste, for å tillate at fluid unnslipper fra sammenstillingen 28 i løpet av setteprosedyren. Huller og/eller slisser kan likeså ha blitt tildannet i skuldrene 40, 42. Uheldigvis tillater disse hullene og slissene uønsket utpressing av elementene 30, 32, 34, forårsaker uønskede spenningskonsentrasjoner i støtteringene 44, 46 etc.

Radiale eller langsgående orienterte huller har likeså blitt tilformet i tetningselementer for å ventilere fluid fra innsiden (indre diameter) til utsiden (ytre diameter) av en tetningselementsammenstilling.

Nå med ytterligere henvisning til figurene 3A & B, er det typisk illustrert et forbedret tetningselement 50, som virkeliggjør prinsipper i henhold til foreliggende oppfinnelse. Tetningselementet 50 kan brukes i tetningselementsammenstillingen 24 til brønnverktøyet 12 i systemet 10, men det bør likeså forstås at tetningselementet kan benyttes i andre sammenstillinger, brønnverktøyer og systemer ved opprettholdelse av prinsippene i henhold til oppfinnelsen.

Til forskjell fra tetningselementene 30, 32, 34 i sammenstillingen 28 omtalt over, har tetningselementet 50 ikke et periferisk ensartet tverrsnitt. I stedet har tetningselementet 50 overflatevariasjoner 52 på en ytre overflate 54, som ellers er periferisk ensartet.

Slik som brukt her, er uttrykkene "periferi", "periferisk" og lignende uttrykk benyttet for å angi en retning langs en omkrets. For eksempel ville bevegelse i en periferi-retning følge en sirkulær bane (langs en spesiell omkrets).

Slik som skildret i figurene 3A & B, er overflatevariasjonene 52 i formen av flate områder på den ellers sylindriske ytre overflaten 54. Andre utforminger av overflatevariasjonene 52 kunne brukes ved opprettholdelse av prinsippene i henhold til oppfinnelsen. For eksempel kunne overflatevariasjonene 52 være i formen av konkave utsparinger. Overflatevariasjonene 52 kunne tilformes i tetningselementet 50 etter at det er støpt, eller overflatevariasjonene kunne være tilstede på tetningselementet slik som det er tilformet.

Selv om tre av overflatevariasjonene 52 anbrakt jevnt i avstand med 120 grader på den ytre overflaten 54 er illustrert i figurene 3A & B, bør det forstås at hvilket som helst antall, avstand og posisjonering av overflatevariasjonene kunne brukes ved opprettholdelse av prinsippene i henhold til oppfinnelsen. For eksempel kunne to, fire eller hvilket som helst annet antall av overflatevariasjoner tilformes på en indre overflate 56 av tetteelementet 50, om ønsket.

Nå med ytterligere henvisning til figurene 4A-C, er tetningselementet 50 typisk illustrert som en del av tetningselementsammenstillingen 24 til brønnverktøyet 12 i systemet 10. I denne utførelsen er tetningselementet 50 brukt i stedet for hvert av de ytre tetningselementene 32, 34, for å skreve over det sentrale tetningselementet 30 og skillestykkene 36, 38.

I figur 4A, er én ende av tetningselementsammenstillingen 24 vist før den settes i den rørformede strengen 18, og i figur 4B er sammenstillingen vist etter at den er satt. For tydelighet ved illustrasjon er den indre rørformede strengen 16 og det øvrige av brønnverktøyet 12 ikke vist i figurene 4A & B.

I figur 4A kan det klart ses at tverrsnittet av tetningselementet 50 ikke er periferisk ensartet. I stedet er ved et øvre parti av tegningen, en spalte 58 synlig mellom tetningselementet 50 og en støttering 60. Denne spalten 58 er ikke tilstede mellom tetningselementet 50 og støtteringen 60 i et nedre parti av tegningen.

Det kan nå forstås at tetningselementet 50 vil spenne støtteringen 60 til å deformere seg radialt utover med ulike mengder ved forskjellige periferiske partier rundt tetningselementet. Særlig når tetningselementet 50 utvider seg radialt utover, vil spalten 58 forårsake at det er mindre deformasjon ved støtteringen 60 motsatt overflatevariasjonene 52 sammenlignet med periferiske posisjoner motsatt andre partier av den ytre overflaten 54.

I figur 4B kan det klart ses at støtteringen 60, selv om spalten 58 er blitt eliminert ved radial utvidelse utover av tetningselementet 50 (feks. som et resultat av langsgående sammentrykking av tetningselementsammenstillingen 24), ikke berører den indre overflaten 20 av den rørformede strengen 18 motsatt overflatevariasjonene 52 (slik som skildret ved toppen av figur 4B). Imidlertid berører motsatt andre periferiske partier av den ytre overflaten 54 av tetningselementet 50, støtteringen 60 den indre overflaten 20 av den rørformede strengen 18 (slik som skildret ved bunnen av figur 4B).

På denne måten tildanner partiene av støtteringen 60 som ikke berører den indre overflaten 20 av den rørformede strengen 18, baner for at fluid skal unnslippe fra tetningselementsammenstillingen 24 etter hvert som den utvider seg radialt utover. Denne mangelen på berøring ved spaltene 62 mellom støtteringen 60 og den indre overflaten 20 skyldes overflatevariasjonene 52, som forårsaker at tetningselementet 50 spenner støtteringen radialt utover mindre i disse periferiske posisjonene motsatt overflatevariasjonene.

I figur 4C er brønnverktøyet 10 blitt fullstendig satt, og som et resultat er tetningselementsammenstillingen 24 blitt forlenget ytterligere radialt utover, således at spaltene 62 nå er avlukket. Fortrinnsvis er spaltene 62 avlukket etter at fluid er blitt fortrengt fra det ringformede rommet 14 mellom sammenstillingen 24 og overflaten 20. På denne måten er fluidet klemt fra mellom tetningselementene 30, 50 og fra et ringformet volum 74 delvis bundet av skillestykkene 36, 38 mellom tetningselementene, før avlukking av spaltene 62.

I en foretrukken sekvens med setting av brønnverktøyet 10, berører det sentrale tetningselementet 30 overflaten 20, deretter klemmes fluidet fra mellom tetningselementene 30, 50 og fra volumet 74 via spaltene 62, tetningselementene 50 danner tettende inngrep med overflaten 20, og deretter avlukkes spaltene.

Det bør imidlertid forstås at det ikke er nødvendig for spaltene 62 å fullstendig avlukkes når brønnverktøyet 10 er fullstendig satt. I stedet kunne noe parti av spaltene 62 gjenstå, men disse ville fortrinnsvis være tilstrekkelig små i dimensjon til å forhindre uønsket utpressing av tetningselementene 30, 50 gjennom spaltene.

Et enderiss av den satte tetningselementsammenstillingen 24 er representativt illustrert i figur 5. I dette risset kan periferi-posisjoneringen av spaltene 62 mellom støtteringen 60 og den indre overflaten 20 av den ytre rørformede strengen 18 klart ses. Slik som drøftet over, kan et større eller mindre antall av variasjoner 52 brukes, og ulike periferiposisjoner av variasjonene kan brukes ved opprettholdelse av prinsippene i henhold til oppfinnelsen.

Et isometrisk riss av den satte tetningselementsammenstillingen 24 er representativt illustrert i figur 6. I dette risset kan utformingen av spaltene 62, som resulterer fra overflatevariasjonene 52 på den ytre overflaten 54 av tetningselementet 50, klart ses. Slik som drøftet over, kan andre utforminger av variasjonene 52 brukes for derved å frembringe avvikende utforminger av spaltene 62, slik som et resultat av den ulike spenningen av støtteringen 60 motsatt variasjonene ved opprettholdelse av prinsippene for oppfinnelsen.

Legg merke til at figurene 4B, 5 & 6 ikke nødvendigvis skildrer tetningselementsammenstillingen 24 i dens fullstendig satte konfigurasjon. For eksempel kan tetningselementsammenstillingen 24 kun være delvis satt, slik som illustrert i disse tegningene.

I utførelsen skildret i figur 4C kunne tetningselementsammenstillingen 24 settes ytterligere, således at spaltene 62 er avlukket etter at hovedsakelig alt av fluidet er unnsluppet fra ringrommet 14 mellom tetningselementsammenstillingen og den indre overflaten 20 av den rørformede strengen 18. I denne utførelsen kunne spaltene 62 avlukkes etter at det sentrale tetningselementet 30 har berørt og dannet tettende inngrep med den indre overflaten 20.

Således kunne variasjonene 52 dimensjoneres, posisjoneres, konfigureres etc., slik at støtteringen 60 er spent til berøring med den indre overflaten 20 ved et senere tidspunkt ved periferi-posisjoner radialt motsatt variasjonene sammenlignet med andre periferiposisjoner rundt støtteringen. Denne senere lukkingen av spaltene 62 vil besørge at fluid unnslipper, samtidig som det likeså forhindres utpressing av tetningselementene 30, 50 gjennom spaltene etter at sammenstillingen 24 er satt fullstendig.

Nå med ytterligere henvisning til figur 7, er en alternativ konfigurasjon av tetningselementet 50 typisk illustrert. I denne alternative konfigurasjonen av tetningselementet 50 er andre typer av periferi-variasjonene 64, 66, 68, 72 brukt, og som endrer måten på hvilken tetningselementet spenner støtteringen 60 radialt utover.

Variasjonene 64 er huller tilformet i tetningselementet 50 mellom dets indre og ytre overflater 54, 56. Det vil således forstås at det ikke er nødvendig for en periferivariasjon å tilformes kun på den ytre overflaten 54 av tetningselementet 50.

Variasjonene 66 er periferisk forløpende slisser tilformet i tetningselementet 50 mellom dets indre og ytre overflater 54, 56. Variasjonene 64, 66 kunne avlukkes når tetningselementet 50 er utvidet, således at variasjonene ikke tildanner en lekkasjebane for fluid etter at tetningselementsammenstillingen 24 er fullstendig satt.

Variasjonene 68 er konkave utsparinger tilformet på den indre overflaten 56 av tetningselementet 50. Variasjonene 68 kunne være spesielt nyttige i situasjoner i hvilke tetningselementsammenstillingen 24 er utvidet radialt innover i stedet for radialt utover.

Variasjonene 72 er konvekse fremspring tilformet på den indre overflaten 56 og/eller ytre overflaten 54 av tetningselementet 50. Disse variasjonene 72 kan forårsake at partier av støtteringen 60 motsatt variasjonene berører overflaten 20 før andre periferisk i avstand anbrakte partier av støtteringen berører overflaten.

Nå med ytterligere henvisning til figur 8, er det typisk illustrert en annen alternativ konfigurasjon av tetningselementet 50. I denne alternative konfigurasjonen av tetningselementet 50 er periferi-variasjoner 70 ikke et resultat av en mangel på materiale (slik som med variasjonene 52, 64, 66, 68 omtalt over). I stedet resulterer variasjonene 70 fra en forskjell i materialegenskaper.

For eksempel kunne variasjonene 70 ha en variert elastisitetsmodul eller hardhet sammenlignet med det øvrige av tetningselementet 50. Hvilken som helst forskjell i materialegenskaper kan brukes for variasjonene 70 ved opprettholdelse av prinsippene i henhold til oppfinnelsen.

Ulikheten i materialegenskaper til variasjonene 70 bevirker at støtteringen 60 spennes avvikende ved tilsvarende ulike periferi-posisjoner rundt tetningselementet 50. På denne måten er fluid tillatt å unnslippe fra ringrommet 14 mellom tetningselementsammenstillingen 24 og den indre overflaten 20, men ingen hulrom er tilbake i tetningselementet 50 for en lekkasjebane etter at tetningselementsammenstillingen er fullstendig satt.

Legg merke til at det ikke er nødvendig eller endog foretrukket i de fleste tilfeller, at periferi-variasjonen(e) i tetningselementet 50 er brå på noen som helst måte. For eksempel i utførelsen fra figur 8, kan variasjonene 70 resultere fra gradvise endringer i materialegenskapene til tetningselementet. I utførelsene i figur 3A & B og figur 7 er variasjonene 52, 68, 72 gradvise i form. På denne måten er spenningskonsentrasjoner i tetningselementet 50 og støtteringen 60 minimert eller eliminert, og spennkreftene påført mot støtteringen er gradvis variert rundt omkretsen av støtteringen.

Det kan nå fullstendig forstås at mange gunstige innslag er bevirket med de ulike konfigurasjonene av tetningselementsammenstillingen 24 og dens tetningselement 50 omtalt over. Disse konfigurasjonene tillater at ellers innfanget fluid unnslipper fra mellom komponentene i sammenstillingen 24 (feks. fra mellom tetningselementet 50 og støtteringen 60, fra mellom det sentrale tetningselementet 30 og de ytre elementene, fra et volum 74 avgrenset av skillestykket 38 mellom tetningselementene etc.). Disse konfigurasjonene innfører likeså ikke uønskede spenningskonsentrasjoner i støtteringene 60 (feks. på grunn av slisser eller huller i støtteringene, slik som i tidligere utforminger).

Konfigurasjonene av tetningselementet 50 omtalt over, innbefatter periferi-variasjoner 52, 64, 66, 68, 70, 72 på dets indre og ytre overflater 54, 56 og mellom de indre og ytre overflatene. Hvilken som helst kombinasjon og antall av variasjonene 52, 64, 66, 68, 70, 72 kan brukes i et eneste tetningselement 50 ved opprettholdelse av prinsippene i henhold til oppfinnelsen.

Tetningselementsammenstillingen 24 omtalt over kan eliminere nødvendigheten av økede trykk og/eller settetider med lang varighet for å tillate at innfanget fluid unnslipper. I tillegg kan tetningselementsammenstillingen 24 være særlig nyttig der forholdvis stor utvidelse av tetningselementene 30, 50 er ønsket.

Ett fremskritt innen teknikken besørget av tetningselementsammenstillingen 24 er at utformingen av støtteringen 60 kan styres under setteprosedyren av tetningselementet 50. I særdeleshet kan fordelingen av spennkrefter/trykk utøvd av tetningselementet 50 på støtteringen 60 varieres periferisk rundt tetningselementet ved tildannelse av tilsvarende periferi-variasjoner i tetningselementet.

Samvirket mellom tetningselementet 50 og støtteringen 60 kan arrangeres og ellers styres for å påvirke setteprosedyren på en progressiv måte. For eksempel kan spaltene 62 tilformes for å tillate at fluid unnslipper, og deretter kan spaltene lukkes for å forhindre utpressing av tetningselementer.

Konfigurasjonene av tetningselementet 50 kan likeså være nyttige for å forsterke ytelsen til det sentrale tetningselementet 30 og den samlede tetningselementsammenstillingen 24. For eksempel ved forhindring av at overskytende fluid skal innfanges i tetningselementsammenstillingen 24 i løpet av setteprosedyren, kan større elastisk sammentrykkingskraft lagres i sammenstillingen etter setting, noe som derved øker trykkholdekapasiteten til sammenstillingen. I tillegg kan den elastiske sammentrykkingskraften fordeles mer jevnt gjennom hele sammenstillingen 24.

Denne økningen i den elastiske sammentrykkingskraften og dens mer jevne fordeling i sammenstillingen 24, tillater større fleksibilitet ved utvelgelse av materialer og materialegenskapene for tetningselementer 30, 50. For eksempel kan materialer som har større hardhet brukes i tetningselementsammenstillinger utformet for miljøer med forholdsvis høy temperatur og/eller høyt trykk.

Slik som omtalt over, kan brønnverktøyet 12, konstruert i samsvar med prinsippene for oppfinnelsen, inkludere tetningselementsammenstillingen 24 for tettende inngrep med overflaten 20. Sammenstillingen 24 kan innbefatte tetningselementet 50, som har én eller flere periferi-variasjoner 52, 64, 66, 68, 70.

Variasjonene 52, 64, 66, 68 er tilformet som en mangel på materiale i et tverrsnitt av tetningselementet 50. Variasjonene 72 er tilformet som fremspring på indre og/eller ytre overflater 54, 56 av tetningselementet 50. Variasjonene 70 omfatter en forskjell i minst én materialegenskap sammenlignet med andre periferi-partier av tetningselementet 50.

Variasjonene 64, 66 er hulrom tilformet mellom indre og ytre overflater 54, 56 av tetningselementet 50. Variasjonene 52, 68 er utsparinger tilformet på de indre og ytre overflatene 54, 56 av tetningselementet. Tetningselementet 50 kan innbefatte mangfoldige variasjoner 52, 64, 66, 68, 70 periferisk fordelt rundt tetningselementet.

Tetningselementet 50 kan påføre en ulik spennkraft mot støtteringen 60 ved variasjonene 52, 64, 66, 68, sammenlignet med en spennkraft påført av tetningselementet mot støtteringen ved andre partier av tetningselementet anbrakt periferisk i avstand fra variasjonene.

Tetningselementet 50 kan spenne støtteringen 60 til berøring med overflaten 20 ved partier av tetningselementet anbrakt periferisk i avstand fra variasjonene 52, 64, 66, 68, uten spenning av støtteringen til berøring med overflaten av variasjonen. Denne mangelen på berøring kan tildanne spaltene 62 for unnslippelse av ellers innfanget fluid.

Tetningselementet 50 kan spenne støtteringen 60 til berøring med overflaten 20 ved partier av tetningselementet anbrakt periferisk i avstand fra variasjonene 52, 64, 66, 68 før spenning av støtteringen til berøring med overflaten ved variasjonen. På denne måten kan spaltene 62 lukkes når sammenstillingen 24 er fullstendig satt.

Tetningselementsammenstillingen 24 kan innbefatte støtteringen 60, som innledningsvis har et periferisk ensartet tverrsnitt. Tetningselementet kan deformere støtteringen slik at den har et periferisk uensartet tverrsnitt når sammenstillingen er satt.

Brønnverktøyet 12 kan utstyres med tetningselementsammenstillingen 24, som innbefatter tetningselementet 50 og støtteringen 60. Tetningselementet 50 kan konfigureres for å spenne støtteringen 60 til berøring med overflaten 20 motsatt et periferi-parti av støtteringen, mens et annet periferi-parti av støtteringen ikke berører overflaten.

Det andre periferi-partiet av støtteringen 60 kan berøre overflaten 20 etter at det første periferi-partiet av støtteringen berører overflaten. Tetningselementet 50 kan ha én eller flere periferi-variasjoner 52, 64, 66, 68, 70 motsatt det minst ene andre periferi-partiet av støtteringen 60.

Likeså omtalt over er en fremgangsmåte for setting av brønnverktøyet 12 med tetningselementsammenstillingen 24. Fremgangsmåten kan innbefatter trinnene: tildannelse av tetningselementsammenstillingen 24 med tetningselementet 50, som har én eller flere periferi-variasjoner 52, 64, 66, 68, 70; og setting av brønnverktøyet 12. I settetrinnet kan tetningselementet 50 påføre en spennkraft for å forskyve et parti (feks. støtteringen 60) av tetningselementsammenstillingen 24 til berøring med overflaten 20. Spennkraften kan være avvikende ved variasjonene 52, 64, 66, 68, 70 sammenlignet med partier av tetningselementet 50 anbrakt periferisk i avstand fra variasjonene.

Partiet av tetningselementsammenstillingen 24 kan deformeres av tetningselementet 50 avvikende ved variasjonene 52, 64, 66, 68, 70 sammenlignet med partiene av tetningselementet anbrakt periferisk i avstand fra variasjonene.

Partiet av tetningselementsammenstillingen 24 kan være støtteringen 60, som har et periferisk ensartet innledende tverrsnitt. I settetrinnet kan tetningselementet 50 deformere støtteringen 60, således at den har et periferisk uensartet tverrsnitt.

En annen fremgangsmåte omtalt over omfatter trinnene: tildannelse av tetningselementsammenstillingen 24 med mangfoldige tetningselementer 30, 50; og setting av brønnverktøyet 10, idet settetrinnet innbefatter klemming av fluid fra mellom tetningselementene via minst én spalte 62 og deretter avlukking av spalten.

Tetningselementsammenstillingen 24 kan innbefatte minst ett skillestykke 36, 38 mellom tetningselementene 30, 50, og klemmetrinnet kan innbefatter klemming av fluid fra volumet 74 (se figur 4B) avgrenset minst delvis av skillestykket.

Spalten 62 kan tilformes radialt mellom tetningselementsammenstillingen 24 og overflaten 20 mot hvilken tetningselementsammenstillingen tetter i settetrinnet. Trinnet med avlukking av spalten 62 kan innbefatte tetting av tetningselementsammenstillingen 24 mot overflaten 20 ved spalten.

Spalten 62 kan tilformes mellom støtteringen 60 og overflaten 20 mot hvilken tetningselementsammenstillingen 24 tetter i settetrinnet. Periferi-variasjonen(e) 52, 64, 66, 68, 70 og/eller 72 i minst ett av tetningselementene 30, 50 kan resultere i en periferisk varierende spennkraft som påføres mot støtteringen 60, for derved å tilforme spalten 62 i løpet av settetrinnet.

Spalten 62 kan tilformes ved radial forlengelse av et parti av tetningselementsammenstillingen 24 til berøring med overflaten 20, mens et annet parti av tetningselementsammenstillingen ikke berører overflaten, med det første partiet som er periferisk forskjøvet med hensyn til det andre partiet.

Tetningselementene kan innbefatte det sentrale tetningselementet 30 og minst to ytre tetningselementer 50, som skrever over det sentrale tetningselementet. Klemmetrinnet kan innbefatte klemming av fluid fra mellom det sentrale tetningselementet 30 og hvert av de ytre tetningselementene 50 før avlukking av spalten 62.

Fremgangsmåten kan innbefatte trinnet med tilforming av mangfoldige spalter 62 periferisk fordelt rundt tetningselementsammenstillingen 24. Settetrinnet kan innbefatte avlukking av hver av de mangfoldige spaltene 62.

Selvsagt ville en person med erfaring innen teknikken ved en omhyggelig vurdering av omtalen over av representative utførelser i henhold til oppfinnelsen, raskt forstå at mange modifikasjoner, tilføyelser, erstatninger, utelatelser og andre endringer kan gjøres for de spesielle utførelsene, og slike endringer er påtenkt med prinsippene i henhold til foreliggende oppfinnelse. I tillegg skal den foranstående, detaljerte omtalen klart forstås som gitt kun som illustrasjon og eksempel, idet ideen og omfanget av foreliggende oppfinnelse utelukkende er begrenset av de vedføyde patentkravene og deres ekvivalenter.

Claims (12)

Patentkrav

1. Brønnverktøy omfatter:

en tetningselementsammenstilling (24) for tettende inngrep med en overflate, idet sammenstillingen innbefatter en støttering (60) med et periferisk ensartet innledende tverrsnitt og et tetningselement (50) som har minst én periferi-variasjon (52, 64, 66, 68, 70, 72), k a r a k t e r i s e r t v e d at periferi-variasjonen (52, 64, 66, 68, 70, 72) er en flate område eller en konkav utsparing på den ellers sylindriske ytre overflaten 54 av støtteringen (60) og er konfigurert for å påføre periferisk varierende spennkrefter mot støtteringen (60) slik at tetningselementet (50) deformerer støtteringen (60), således at den har et periferisk uensartet tverrsnitt når sammenstillingen er satt.

2. Brønnverktøy ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at variasjonen (52, 64, 66, 68, 70, 72) omfatter en mangel på materiale i et tverrsnitt av tetningselementet (50).

3. Brønnverktøy ifølge krav 1 eller 2, k a r a k t e r i s e r t v e d at tetningselementet (50) er konfigurert for å spenne støtteringen (50) til berøring med en overflate (20, 22) motsatt minst ett første periferi-parti av støtteringen (60), mens minst ett andre periferi-parti av støtteringen (60) ikke berører overflaten (20, 22).

4. Brønnverktøy ifølge krav 3, k a r a k t e r i s e r t v e d at tetningselementet (50) spenner støtteringen (60) til berøring med overflaten (20, 22) ved partier av tetningselementet anbrakt periferisk i avstand fra variasjonen (52, 64, 66, 68, 70, 72), uten spenning av støtteringen (60) til berøring med overflaten (20, 22) ved variasjonen (52, 64, 66, 68, 70, 72).

5. Brønnverktøy ifølge krav 3, k a r a k t e r i s e r t v e d at det andre periferi-partiet av støtteringen (60) berører overflaten (20, 22) etter at det første periferi-partiet av støtteringen (60) berører overflaten (20, 22).

6. Brønnverktøy ifølge krav 5, k a r a k t e r i s e r t v e d at tetningselementet (50) spenner en støttering (60) til berøring med overflaten (20, 22) ved partier av tetningselementet anbrakt periferisk i avstand fra variasjonen (52, 64, 66, 68, 70, 72) før spenning av støtteringen (60) til berøring med overflaten ved variasjonen (52, 64, 66, 68, 70, 72).

7. Brønnverktøy ifølge et hvilket som helst av foregående krav, k a r -a k t e r i s e r t v e d at tetningselementet (50) innbefatter mangfoldige variasjoner (52, 64, 66, 68, 70, 72) fordelt periferisk rundt tetningselementet (50).

8. Fremgangsmåte for setting av et brønnverktøy som innbefatter en tetningselementsammenstilling (24), idet fremgangsmåten omfatter trinnene:

- tildannelse av tetningselementsammenstillingen (24) med en støttering (60) med et periferisk ensartet innledende tverrsnitt og et tetningselement (50) som har minst én periferi-variasjon (52, 64, 66, 68, 70, 72); og

- setting av brønnverktøyet, idet tetningselementet (50) påfører en spennkraft for å forskyve støtteringen (60) til berøring med en overflate (20, 22), k a r a k -t e r i s e r t v e d at periferi-variasjonen (52, 64, 66, 68, 70, 72) er en flate område eller en konkav utsparing på den ellers sylindriske ytre overflaten 54 av støtteringen (60) og spennkraften er avvikende ved variasjonen (52, 64, 66, 68, 70, 72) sammenlignet med ved partier av tetningselementet (50) anbrakt periferisk i avstand fra variasjonen (52, 64, 66, 68, 70, 72) slik at tetningselementet (50) deformerer støtteringen (60), således at den har et periferisk uensartet tverrsnitt når sammenstillingen er satt.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, k a r a k t e r i s e r t

v e d at støtteringen (60) deformeres av tetningselementet (50) avvikende ved variasjonen (52, 64, 66, 68, 70, 72) sammenlignet med ved partiene av tetningselementet (50) anbrakt periferisk i avstand fra variasjonen (52, 64, 66, 68, 70, 72).

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8 eller 9, k a r a k t e r i s e r t v e d at i tildannelsestrinnet omfatter variasjonen (52, 64, 66, 68, 70, 72) en mangel på materiale i et tverrsnitt av tetningselementet (50).

11. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 8-10, k a r a k -t e r i s e r t v e d at tetningselementet (50) spenner støtteringen (60) til berøring med overflaten (20, 22) ved partiene av tetningselementet (50) anbrakt periferisk fra variasjonen (52, 64, 66, 68, 70, 72), enten uten spenning av partiet av sammenstillingen til berøring med overflaten (20, 22) ved variasjonen (52, 64, 66, 68, 70, 72) eller før spenning av støtteringen (60) til berøring med overflaten (20, 22) ved variasjonen (52, 64, 66, 68, 70, 72).

12. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 8-11, k a r a k -t e r i s e r t v e d at tetningselementet (50) innbefatter mangfoldige variasjoner (52, 64, 66, 68, 70, 72) fordelt periferisk rundt tetningselementet (50).