NO344300B1

NO344300B1 - Justerbar tetningsinnretning, en roterende kontrollinnretning og en fremgangsmåte for tetning i et borehull

Info

Publication number: NO344300B1
Application number: NO20092724A
Authority: NO
Inventors: Jaye Shelton
Original assignee: Smith International
Priority date: 2008-07-21
Filing date: 2009-07-20
Publication date: 2019-10-28
Also published as: GB2461981A; GB2471794B; GB2461981B; US20100012317A1; CA2672360A1; GB201017427D0; NO20092724L; GB2471794A; GB0912186D0; CA2672360C

Description

Justerbar tetningsinnretning, en roterende kontrollinnretning og en fremgangsmåte for tetning i et borehull

Her beskrevne utførelser relaterer seg generelt til anordninger og fremgangsmåter for tilveiebringelse av en tetning under boreoperasjoner. Særskilt relaterer her beskrevne utførelser seg til en tetningsinnretning som er utformet for tetning rundt en borestreng.

En borkrone for boring i undergrunnen er vanligvis montert på den nedre enden av en borestreng og roteres ved at borestrengen roteres på overflaten, eller ved hjelp av nedihullmotorer, turbiner eller begge deler. Borestrengen kan føres i det brønnhullet som borkronen tilveiebringer. Under boreoperasjoner vil det kunne være nødvendig å hindre en frigjøring av høytrykksfluid i brønnhullet. Det brukes derfor en tetning som kan gi avtetning av brønnhullet under boreoperasjoner.

Generelt blir det for avtetning av brønnhullet benyttet en roterende styreinnretning som gir tetning rundt en borestreng. Som vist i fig. 1 innbefatter den roterende styreinnretningen 30 et strippeelement 31 som er anordnet i et ringrom 32 i den roterende styreinnretningen 30. Under drift har ringrommet 32 i styreinnretningen 30 fluidforbindelse med brønnhullet. Trykket i brønnhullet kan således virke på strippeelementet 31 i styreinnretningen 30. Et eksempel på en roterende styreinnretning kan man finne i US patentsøknad serienr. 11/556,938, 6. november 2006 ”Rotating Control Device Apparatus and Method, viss innhold det her vises til.

Under drift kan borestrengen føres gjennom styreinnretningen 30 og ned i brønnhullet. Vanligvis innbefatter borestrengen et antall borerør som er skrudd sammen ved hjelp av gjengeforbindelser som er anordnet på begge endene av de enkelte borerørseksjonene. Som sådan kan disse gjengeforbindelsene være glatte, dvs. i flukt med resten av borestrengens ytre omkrets eller de kan ha en ytterdiameter som er større enn resten av borestrengen. Når borestrengen går gjennom brønnhullet og gjennom styreinnretningen 30, vil strippeelementet 31 kunne klemmes mot den ytre overflaten til i det minste ett av borerørseksjonene og på den måten gi avtetning i brønnhullet. Vanligvis er strippeelementet 31 av et elastisk materiale som kan deformeres mekanisk for tetting rundt borerør med ulike tykkelser. Over tid vil imidlertid strippeelementet 31 bli slitt og vil derfor ikke kunne gi avtetning rundt borestrengen. Som følge herav må strippeelementet 31 kunne byttes, hvilket vil kunne medføre stopptider som kan medføre store kostnader for en boreoperatør.

Det foreligger derfor et behov for fremgangsmåter og anordninger for bedring av en avtetning i et brønnhull under strippeoperasjoner.

US2003102136A1 viser en gripeinnretning for et roterbart borehode.

Ifølge ett aspekt relaterer her beskrevne utførelser seg til en innstillbar tetningsinnretning som innbefatter et hus utformet for samvirke med et ringrom i en roterende styreinnretning, minst ett tetningselement anordnet i huset, og en trykkstyreinnretning utformet for energisering av et fluid i huset for opprettholdelse av en tetning mellom tetningselementet og en borestreng.

Ifølge et annet aspekt vedrører her beskrevne utførelser seg til en roterende styreinnretning som innbefatter en innstillbar tetningsinnretning anordnet i et ringrom mellom en borestreng og et brønnhull, hvilken innstillbar tetningsinnretning innbefatter et hus, minst ett tetningselement anordnet i huset, en trykkstyreinnretning utformet for energisering av et fluid i huset for opprettholdelse av en tetning mellom tetningselementet og borestrengen.

Ifølge nok et aspekt relaterer her beskrevne utførelser seg til en fremgangsmåte for avtetning av et brønnhull, hvilken fremgangsmåte innbefatter tilveiebringelse av en innstillbar tetningsinnretning for en roterende styreinnretning, plassering av minst ett tetningselement i den innstillbare tetningsinnretningen mellom brønnhullet og en borestreng, tripping (føring) av borestrengen i brønnhullet, avføling av diameterendringer for borestrengen under trippingen, og regulering av et fluidtrykk for opprettholdelse av en tetning mellom det i det minste ene tetningselementet og borestrengen når borestrengen trippes gjennom det i det minste ene tetningselementet.

Andre inventive aspekter og fordeler vil gå frem av den etterfølgende beskrivelse og av kravene.

På tegningen viser:

Fig. 1 en roterende styreinnretning i samsvar med tidligere kjent teknikk,

Fig. 2 viser et snitt gjennom en tetningsinnretning i samsvar med utførelser av oppfinnelsen,

Fig. 3 viser et snitt gjennom en tetningsinnretning i samsvar med utførelser av oppfinnelsen,

Fig. 4 viser et snitt gjennom en tetningsinnretning i samsvar med utførelser av oppfinnelsen, og

Fig. 5 viser et snitt gjennom en tetningsinnretning i samsvar med utførelser av oppfinnelsen.

I følge ett aspekt relaterer her beskrevne utførelser seg til anordninger og fremgangsmåter for tilveiebringelse av en avtetning under boreoperasjoner. Særlig relaterer her beskrevne utførelser seg til en tetningsinnretning som er utformet for tetning rundt en borestreng. Under drift vil tetningsinnretningen være utformet for opprettholdelse av en tetning med borestrengen når denne går i brønnhullet. I tillegg kan tetningsinnretningen være utformet for påvirkning av et trykk et fluid, for derved å muliggjøre at tetningsinnretningen kan tette rundt ulike former og dimensjoner av komponenter i borestrengen.

Fig. 2 viser en innstillbar tetningsinnretning 200 i samsvar med utførelser av oppfinnelsen. Som vist innbefatter den innstillbare tetningsinnretningen 200 et hus 210, et tetningselement 220, et fluid (eksempelvis et hydraulisk fluid) 230 og en trykkstyreinnretning (dvs. en trykksatt fluidkilde) 240. I én utførelsesform kan den innstillbare tetningsinnretningen 200 ha fluidforbindelse med et brønnhull (ikke vist) og være utformet for opprettholdelse av en tetning rundt en borestreng 10 når denne beveger seg i brønnhullet og gjennom den innstillbare tetningsinnretningen 200.

Huset 10 kan være utformet slik at en borestreng 10 kan gå gjennom den innstillbare tetningsinnretningen 200. I én utførelse kan huset 210 ha et ringrom 212 som muliggjør at borestrengen 10 kan bevege seg gjennom den innstillbare tetningsinnretningen 200. Under drift kan ringrommet 212 i huset 210 ha fluidforbindelse med brønnhullet. Som sådan kan derfor et trykk i brønnhullet virke på tetningselementet 220 i den innstillbare tetningsinnretningen 200.

Videre kan huset 210 være utformet for opptak av et fluid 230 og et tetningselement 220. I én utførelse har huset 210 et kammer 214 utformet for opptak av fluidet 230 og minst en del av tetningselementet 220. Huset 210 kan også ha en åpning 216 som muliggjør at kammeret 214 kan ha fluidforbindelse med i det minste én trykkstyreinnretning 240.

I noen utførelser kan huset 210 ha minst to deler som muliggjør at tetningselementet 220 kan være løsbart anordnet i kammeret 215 i huset 210. Eksempelvis kan huset 210 ha øvre og nedre deler (ikke vist) som er koblet sammen ved hjelp av bolter, gjengeforbindelser eller andre kjente festeanordninger. På den måten kan den øvre delen frigjøres fra den nedre delen slik at derved tetningselementet 220 kan settes inn i eller tas ut fra kammeret 214 i huset 210.

I tillegg, i noen utførelser, kan huset 210 ha minst én forbindelse (ikke vist) utformet for kobling av den innstillbare tetningsinnretningen 200 til brønnhullet. Denne i det minste ene forbindelse innbefatter bolter, gjenger, lagre eller andre kjente festemidler. I én utførelse kan den i det minste ene forbindelsen være utformet for løsbar forbindelse av den innstillbare tetningsinnretningen i en roterende styreinnretning som er koblet til brønnhullet.

I noen utførelser kan tetningselementet 220 være i det minste delvis anordnet inne i kammeret 214 i huset 210 og utformet for tetning rundt borestrengen 10, hvilket vil kunne medføre en avtetning av brønnhullet som har fluidforbindelse med den innstillbare tetningsinnretningen 200. Eksempelvis kan tetningselementet 220 deformeres mot en ytterflate 12 av borestrengen 10 som går gjennom den innstillbare tetningsinnretningen 200, slik at derved trykket i brønnhullet ikke kan gå gjennom den innstillbare tetningsinnretningen 20. Tetningselementet 220 kan være av gummi, metall eller et annet deformerbart materiale som muliggjør at tetningselementet 220 kan danne en tetning rundt borestrengen 10. I noen utførelser kan tetningselementet 220 bestå av ett enkelt materialstykke mens det i andre utførelser kan innbefatte et antall materialstykker som er koblet sammen for dannelse av en tetning rundt borestrengen 10.

I noen utførelser kan tetningselementet 220 ha en sirkulær form, en rektangulær form, en irregulær form eller en annen form som egner seg for tetning rundt borestrengen 10. I andre utførelser kan tetningselementet 220 innbefatte skråflater 222 anordnet nær en indre overflate 224 i tetningselementet 220. Fagpersoner vil forstå at disse skråflatene 222 vil kunne muliggjøre at ulike borestrengformer og -diametre kan gå gjennom tetningselementet 220 uten vanskeligheter, samtidig som man opprettholder tetningen mellom tetningselementet og borestrengen 10.

I kammeret 214 i huset 220 kan det være anordnet et hydraulisk fluid 230 som kan utøve et trykk mot tetningselementet 220 for opprettholdelse av tetningen mellom tetningselementet og borestrengen 10. I én utførelse kan eksempelvis fluidet 230 pumpes inn i husets 210 kammer 214 gjennom en åpning 216 som har fluidforbindelse med en fluidledning 242 fra trykkstyreinnretningen 240. Når fluidet 230 pumpes inn i kammeret 214 vil fluidtrykket der øke, slik at derved tetningselementet 220 påvirkes for deformering mot borestrengens 10 ytre overflate 12. I en annen utførelse kan fluidet 230 slippes ut fra kammeret 214 for derved å senke fluidtrykket i kammeret 214. Fagpersoner vil forstå at en senking av trykket til fluidet 230 i kammeret 214 vil kunne muliggjøre at en del av borestrengen 14 som har en diameter som er større enn resten av borestrengen 16 kan gå gjennom den innstillbare tetningsinnretningen 200, samtidig som man bibeholder tetningen rundt borestrengen 10. I noen utførelser kan fluidet 32 være et hydraulisk fluid, vann, boreslam, luft eller et annet fluid som kan brukes for utøvelse av et trykk mot tetningselementet 220.

Trykkstyreinnretningen 240 kan ha fluidforbindelse med kammeret 240 i huset 210. Som vist kan, i én utførelsesform, trykkstyreinnretningen 240 være forbundet med huset 240 ved hjelp av en strømningsledning 242. Trykkstyreinnretningen 240 kan være utformet for påvirkning av trykket til fluidet 230 i husets 210 kammer 214. Eksempelvis kan trykkstyreinnretningen 240 pumpe fluid 230 inn i husets 210 kammer 214 gjennom fluidledningen 242, hvorved trykket til fluidet 230 i kammeret 214 økes. I tillegg kan trykkstyreinnretningen 240 tillate at fluid 230 slippes ut fra kammeret 214 i huset 210 gjennom fluidledningen 240. Fagpersoner vil forstå at trykkstyreinnretningen 240 kan innbefatte en pumpe, en motor, en ventil eller andre komponenter som kan brukes for styring av fluidets 230 trykk.

Som vist i fig. 3 kan den innstillbare tetningsinnretningen 200 innbefatte minst én ring 250 for overføring av trykket til fluidet 230 til tetningselementet 220.

Eksempelvis kan ringen 250, når trykket til fluidet 230 i kammeret 214 økes, være utformet for bevegelse i retningen U og derved utøve en trykkraft på tetningselementet 230. I en annen utførelse, når trykket til fluidet 30 i kammeret 214 reduseres, kan ringen 250 være utformet slik at den beveger seg i D-retningen, hvorved den kraften som virker på tetningselementet 220 vil reduseres. Ringen 250 kan være av metall eller et annet egnet materiale (dvs. et stivt materiale) for overføring av fluidtrykket 230 på tetningselementet 220. Fagpersoner vil forstå at ringen 250 kan være utformet for tett holding av fluidet 230 i kammeret 214 i den innstillbare tetningsinnretningen 200. Fagpersoner vil også forstå at ringen 250 på en jevn måte kan overføre fluidtrykket 230 mot tetningselementet 220.

I noen utførelser kan den innstillbare tetningsinnretningen 200 innbefatte sensorer 260, 262 utformet for avføling av en diameter for borestrengen 10, se fig. 3. I én utførelse kan den innstillbare tetningsinnretningen 200 innbefatte en øvre sensor 260 plassert over tetningselementet 220 på huset 210 til den innstillbare tetningsinnretningen 200. Denne øvre sensoren 260 kan således være utformet for avføling av en diameter av borestrengen 10 over tetningselementet 220. I en annen utførelse kan den innstillbare tetningsinnretningen 200 innbefatte en nedre sensor 262 som er plassert under tetningselementet 200 på huset 210 til den innstillbare tetningsinnretningen 200. Denne nedre sensoren 262 kan være utformet for avføling av en diameter av borestrengen 10 under tetningselementet 220.

I noen utførelser kan sensorene 260, 262 være elektrisk forbundet med trykkstyreinnretningen 240 og være utformet for sending av et signal til trykkstyreinnretningen 240. Signalet kan så brukes i trykkstyreinnretningen 240 for regulering av fluidtrykket 230 i husets 210 kammer 214. Fagpersoner vil forstå at sensorene 260, 262 kan innbefatte en trippbryter, en grensebryter eller en annen sensor som kan avføle en diameter for borestrengen 10. Når således eksempelvis en del av borestrengen som har en større diameter (eksempelvis en gjengeforbindelse eller muffe) går gjennom den innstillbare tetningsinnretningen 200 nedenfra, vil den nedre sensoren 262 kunne detektere denne større diameteren og gi trykkstyreinnretningen 240 beskjed om å senke fluidtrykket 230 i kammeret 214, for derved å muliggjøre en passering av rørskjøten. Den øvre sensoren 260 kan så gi trykkstyringen 240 beskjed om å øke fluidtrykket 230 i kammeret 214 til et nivå som vil være optimalt for resten av borestrengen.

Under drift, se fig. 2 og 3, plasseres den innstillbare tetningsinnretningen 200 slik at den har fluidforbindelse med brønnhullet. Borestrengen 10 kan føres gjennom den innstillbare tetningsinnretningen 200, inn i eller ut av brønnhullet. I én utførelse, når borestrengen 10 går gjennom den innstillbare tetningsinnretningen 200, kan trykket til fluidet 230 i kammeret 214 i huset 210 heves eller senkes for opprettholdelse av tetningen mellom tetningselementet 200 og borestrengens 10 ytre overflate 12. Dette kan skje ved å pumpe fluid 230 inn i og/eller slippe ut fluid 230 fra husets 210 kammer 214 ved hjelp av trykkstyreinnretningen 240. I en annen utførelse kan i det minste én av sensorene 260, 262 detektere borestrømmens 10 diameter før borestrengen 10 går gjennom den innstillbare tetningsinnretningen 200. Den i det minste ene sensoren 260, 262 kan da sende et signal til trykkstyreinnretningen 240 slik at denne kan påvirke trykket til fluidet 230 i kammeret 214, slik at derved den innstillbare tetningsinnretningen 200 kan tette rundt ulike former og diametre for borestrengen 10.

Fig. 4 viser en innstillbar tetningsinnretning 300 i samsvar med utførelser av oppfinnelsen. Den innstillbare tetningsinnretningen 300 har et hus 310, et fluid 330 og en trykkstyreinnretning 340 som i den innstillbare tetningsinnretningen 200 i fig.

2. Den innstillbare tetninsinnretningen 300 innbefatter imidlertid et antall tetningselementer 320 utformet for opprettholdelse av en tetning rundt den ytre overflaten 12 på borestrengen 10. En fagperson vil forstå at antallet tetningselementer 320 vil kunne øke den innstillbare tetningsinnretningens 300 pålitelighet fordi det tilveiebringes flere tetninger langs borestrengens 10 ytre overflate 12.

I noen utførelser kan et hus 410 i den innstillbare tetningsinnretningen 400 ha ulike geometriske utforminger som muliggjør at et fluid 430 fra en trykkstyreinnretning 440 kan gå til ulike flater på et tetningselement 420, se fig. 5. Fagpersoner vil forstå at de ulike geometriene for huset 20 og plasseringen av fluidet 430 ikke ligger utenfor oppfinnelsen.

Her beskrevne utførelser kan medføre én eller flere av de følgende fordelene. Særlig muliggjør oppfinnelsen en innstillbar tetningsinnretning (eksempelvis 200, 300, 400) som kan brukes i forbindelse med en roterende styreinnretning for derved å hindre for tidlig sliting av strippeelementet (eksempelvis 31). Dersom det i forbindelse med en boreoperasjon hvor det brukes en roterende styreinnretning er nødvendig å hente ut borestrengen, så kan strippeelementet fjernes og erstattes med en innstillbar tetningsinnretning i samsvar med her beskrevne utførelser. Som sådan kan den innstillbare tetningsinnretningen (eksempelvis 200, 300 eller 400) brukes for innstilling av trykket til fluidet (230, 330 eller 440) når utvidede gjengepartier går gjennom, slik at tetningselementene (220, 320 eller 420) derved ikke skades. Så snart trippen inn eller ut er ferdig kan den innstillbare tetningsinnretningen gjenvinnes og strippeelementet reinstalleres.

Claims

PATENTKRAV

1. Innstillbar tetningsinnretning (200), innbefattende:

et hus (210) utformet for samvirke med et ringrom (212) i en roterende styreinnretning,

minst ett tetningselement (220, 320, 420) anordnet i huset (210),

k a r a k t e r i s e r t v e d at tetningsinnretningen (200) videre innbefattende en trykkstyreinnretning (240) utformet for energisering av et fluid (230) i huset (210) for opprettholdelse av en tetning mellom tetningselement (220, 320, 420) og en borestreng (10).

2. Innstillbar tetningsinnretning (200) ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d at fluidet (230) er et hydraulisk fluid.

3. Innstillbar tetningsinnretning (200) ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d en trykkoverføringsring anordnet i huset (210) mellom fluidet (230) og det i det minste ene tetningselement (220, 320, 420).

4. Innstillbar tetningsinnretning (200) ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d at det i det minste ene tetningselement (220, 320, 420) innbefatter et deformerbart materiale.

5. Innstillbar tetningsinnretning (200) ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d minst én sensor (260, 262) utformet for detektering av en borestrengdiameter.

6. Innstillbar tetningsinnretning (200) ifølge krav 5,

k a r a k t e r i s e r t v e d at trykket til fluid i huset (210) reguleres når den i det minste ene sensoren (260, 262) detekterer en endring i en diameter for den borestrengen (10) som går gjennom den innstillbare tetningsinnretningen (200).

7. Innstillbar tetningsinnretning (200) ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d at det i det minste ene tetningselement (220, 320, 420) er løsbart anordnet i huset (210).

8. Roterende styreinnretning, innbefattende:

en innstillbar tetningsinnretning (200) anordnet i et ringrom (212) mellom en borestreng og et brønnhull, hvilken innstillbare tetningsinnretning (200) innbefatter:

et hus (210),

minst ett tetningselement (220, 320, 420) anordnet i huset (210), k a r a k t e r i s e r t v e d at tetningsinnretningen (200) videre innbefattende en trykkstyreinnretning (240) utformet for energisering av et fluid (230) i huset (210) for opprettholdelse av en tetning mellom tetningselement (220, 320, 420) og borestrengen (10).

9. Roterende styreinnretning ifølge krav 8,

k a r a k t e r i s e r t v e d at tetningselement (220, 320, 420) innbefatter et deformerbart materiale.

10. Roterende styreinnretning ifølge krav 8,

k a r a k t e r i s e r t v e d minst én sensor (260, 262) utformet for detektering av en diameter for borestrengen (10) som går gjennom den innstillbare tetningsinnretningen (200).

11. Roterende styreinnretning ifølge krav 10,

k a r a k t e r i s e r t v e d at trykket til fluidet (230) reguleres når den i det minste ene sensoren (260, 262) detekterer en endring i borestrengdiameteren.

12. Fremgangsmåte for avtetting av et brønnhull, innbefattende tilveiebringelse av en innstillbar tetningsinnretning (200) for en roterende styreinnretning,

plassering av minst ett tetningselement (220, 320, 420) i den innstillbare tetningsinnretning (200)en mellom brønnhullet og en borestreng (10),

tripping av borestrengen (10) i brønnhullet,

avføling av diameterendringer for borestrengen (10) når den trippes, og regulering av et fluidtrykk for opprettholdelse av en tetning mellom det i det minste ene tetningselement (220, 320, 420) og borestrengen (10) når borestrengen (10) trippes gjennom det i det minste ene tetningselement (220, 320, 420).

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12,

hvori fluidtrykket økes når det avføles en mindre borestrengdiameter.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12,

hvori fluidtrykket reduseres når det avføles en større borestrengdiameter.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 12,

hvori det monteres diametersensorer (260, 262) over og under det i det minste ene tetningselement (220, 320, 420).