NO344629B1

NO344629B1 - Non-collapsing space-built adjustable arch

Info

Publication number: NO344629B1
Application number: NO20111243A
Authority: NO
Inventors: Mark K Adam; Keven O'connor; Jeffrey C Williams
Original assignee: Baker Hughes A Ge Co Llc
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2020-02-10
Also published as: NO20111243A1

Description

344629 344629

1 1

OPPFINNELSENS OMRÅDE FIELD OF THE INVENTION

[0001] Området for denne oppfinnelse er svanger for mekanisk ekspansjon og mer bestemt den type som bruker segmenter som beveger seg relativt i en aksial retning for å bygge og holde en forhåndsbestemt dimensjon under ekspansjon. [0001] The field of this invention is heavy on mechanical expansion and more specifically the type that uses segments that move relatively in an axial direction to build and maintain a predetermined dimension during expansion.

5 5

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN BACKGROUND OF THE INVENTION

[0002] Rørekspansjon gjøres med svanger (swages), som har et mangfold av konstruksjoner. Svangen kan være en konus av en fast dimensjon som skyves gjennom et rør for å sette røret i strekk, eller den kan trekkes gjennom røret for å 10 sette røret i trykk under ekspansjonen. Ved bruk av en fast svange som drives oppover i hullet, er én måte å anordne en klokke med den faste svange nedenfor røret som skal ekspanderes og overlappe røret som skal ekspanderes med et annet som allerede er i brønnen. En kule slippes for å stenge av et rom nedenfor svangen som kan trykksettes for å drive svangen oppover i hullet. Denne teknikk er illustrert i 15 USP 7,036,582. Disse konstruksjonene er komplekse å bygge og kjøre inn i en brønnboring, og har en mulig ulempe med at svangen blir fastkjørt mens den drives oppover i hullet uten noen enkel måte til å ta ut anordningen. [0002] Pipe expansion is done with swages, which have a variety of constructions. The bend may be a cone of fixed dimension that is pushed through a pipe to tension the pipe, or it may be pulled through the pipe to pressurize the pipe during expansion. When using a fixed rod that is driven up the hole, one way is to arrange a bell with the fixed rod below the pipe to be expanded and overlap the pipe to be expanded with another already in the well. A ball is dropped to close off a space below the arch which can be pressurized to drive the arch up the hole. This technique is illustrated in USP 7,036,582. These structures are complex to build and drive into a wellbore, and have the possible disadvantage of the bend being jammed while being driven up the hole with no easy way to remove the device.

[0003] Andre svangeinnretninger bruker radialt utstrekkbare ruller som er hydraulisk drevet, koplet sammen med rotasjon av svangen og en trekking eller skyving [0003] Other arch devices use radially extensible rollers that are hydraulically driven, coupled with rotation of the arch and a pull or push

20 gjennom røret som blir ekspandert. Disse innretninger kan være omfangsrike, hvilket gjør dem vanskelige å bruke i de små størrelser og utvikle nok effekt til å bygge på stedet ved hjelp av utstrekking av ruller drevet av påført hydraulisk trykk. Et slikt eksempel er USP 7,124,826. 20 through the pipe which is being expanded. These devices can be bulky, making them difficult to use in the small sizes and develop enough power to build on site by means of extending rollers driven by applied hydraulic pressure. One such example is USP 7,124,826.

[0004] En annen justerbar svangekonstruksjon involverer sammenlåsing av segmen-25 ter som translaterer aksialt i forhold til hverandre. Når segmentene skyves inn i innretting er de ved sitt maksimum eller byggediameter, og kan føres fremover gjennom et rør. Hvis den segmenterte svange kjører inn i en hindring kan segmentene bevege seg aksialt i forhold til hverandre for å anta en mindre dimensjon, for å komme forbi en hindring hvor, av hensyn til brønnboringens betingelser, røret ikke vil gi nok etter 30 til å la svangen passere i konfigurasjonen med den fullt bygde diameter. Den opprinnelige design er vist i USP 7,114,559 og beslektede patenter. For å gjøre denne design mer ettergivende for hindringer på et parti av røret, men ikke hele veiene rundt det, ble kantforbindelsene modifisert til mer av en kule-og-holder-design fra den 344629 [0004] Another adjustable arch construction involves interlocking segments that translate axially relative to each other. When the segments are pushed into alignment they are at their maximum or construction diameter, and can be fed forward through a tube. If the segmented bend runs into an obstacle, the segments can move axially relative to each other to assume a smaller dimension, to get past an obstacle where, due to the conditions of the wellbore, the pipe will not yield enough to allow the bend pass in the fully built diameter configuration. The original design is shown in USP 7,114,559 and related patents. To make this design more forgiving of obstructions on part of the tube, but not all the way around it, the edge connections were modified to more of a ball-and-socket design from the 344629

2 2

opprinnelige L-formede sammenlåsende design, for å gjøre anordningen mer ettergivende. Denne modifiserte konstruksjon er vist i USP 7,128,146. original L-shaped interlocking design, to make the device more compliant. This modified construction is shown in USP 7,128,146.

[0005] Den foreliggende oppfinnelse er en forbedring av den kjente segmenterte svangekonstruksjon vist i USP 7,114,559 og 7,128,146. I ett aspekt omkonfigurerer 5 den segmentene idet de er sammenføyd for relativ kantbevegelse ved skråstilling av glideaksen, slik at så snart segmentene er bygd til maksimum dimensjon, vil de ikke kollapse eller virke på en ettergivende måte, for å redusere den frembrakte driftsdiameter i anvendelser som krever en minimum drift for å la andre verktøy passere på et senere tidspunkt. Kant-til-kant-forbindelsen er konfigurert til å minimere relativ 10 rotasjon mellom tilstøtende segmenter ved deres glidende grenseflate, for å redusere muligheten for binding under relativ bevegelse ved diameterforandring. Orienteringen av lastoverføringsflaten mellom segmenter er også konfigurert til å overføre mer av reaksjonskraften ved bygging av svangen til sin målediameter i et rør til en mer radial retning, for å redusere normalkomponenten av kraft på overflater som glir relativt, for 15 å redusere friksjonskraften fra slik gliding, for å gjøre det mulig å få byggekonfigurasjonen med mindre påført kraft. Disse og andre aspekter av den foreliggende oppfinnelse vil klarere fremgå for de som har fagkunnskap innen teknikken av en gjennomgang av den detaljerte beskrivelse av den foretrukkede utførelse og de tilknyttede tegninger, med den forståelse at det fulle omfang av oppfinnelsen er 20 bestemt av de vedføyde krav. [0005] The present invention is an improvement of the known segmented arch construction shown in USP 7,114,559 and 7,128,146. In one aspect, it reconfigures the segments as they are joined for relative edge movement by tilting the sliding axis, so that once the segments are built to maximum dimension, they will not collapse or act in a yielding manner, to reduce the resulting operating diameter in applications such as requires a minimum operation to allow other tools to pass at a later time. The edge-to-edge connection is configured to minimize relative rotation between adjacent segments at their sliding interface, to reduce the possibility of binding during relative movement by diameter change. The orientation of the load transfer surface between segments is also configured to transfer more of the reaction force when building the bend to its gauge diameter in a pipe to a more radial direction, to reduce the normal component of force on relatively sliding surfaces, to reduce the frictional force from such sliding , to enable the building configuration to be obtained with less applied force. These and other aspects of the present invention will become more apparent to those skilled in the art from a review of the detailed description of the preferred embodiment and the accompanying drawings, with the understanding that the full scope of the invention is determined by the appended claims. .

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN SUMMARY OF THE INVENTION

[0006] En svange er laget av segmenter som glir relativt til hverandre for å gå fra en innkjøringsdimensjon til en maksimum dimensjon eller byggedimensjon når segmen-25 tene beveger seg inn i innretting. Skråstillingsvinkelen for glideaksen mellom organene er mindre enn utbukkingsvinkelen for røret på utsiden av segmentene, slik at så snart segmentene er innrettet og drevet inn i et rør for utbukking, blir de forhindret fra å strekke seg inn i skjevinnretting for å gå klar av en hindring. På denne måte tilveiebringes en minimum drift, eller svangen setter seg simpelthen fast. For å 30 lette bygging av svangen i et rør til den forhåndsbestemte maksimum dimensjon, er glideoverflatene konfigurert i en vinkel for å bære de radiale reaksjonskrefter fra røret mer direkte, hvilket reduserer kontaktkreftene og den resulterende friksjon. Kant [0006] A beam is made of segments that slide relative to each other to go from a run-in dimension to a maximum dimension or build dimension as the segments move into alignment. The camber angle of the sliding axis between the members is less than the camber angle of the tube on the outside of the segments, so that once the segments are aligned and driven into a tube for camber, they are prevented from extending into misalignment to clear an obstruction. In this way, a minimum drift is provided, or the bend simply gets stuck. To facilitate building the bend in a pipe to the predetermined maximum dimension, the sliding surfaces are configured at an angle to carry the radial reaction forces from the pipe more directly, reducing the contact forces and the resulting friction. Edge

344629 344629

3 3

forbindelsene er også konfigurert til å redusere bøying, hvilket kan forårsake segmentbinding når svangen bygges inn i røret. the connections are also configured to reduce bending, which can cause segment binding when the bend is built into the pipe.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

5 [0007] Fig.1 viser en innkjøringsposisjon for den justerbare svange og viser en valgfri fremre konus; 5 [0007] Fig.1 shows a drive-in position for the adjustable bend and shows an optional front cone;

[0008] Fig.2 er svangen på fig.1 i byggeposisjonen for utbukking; [0008] Fig. 2 is the bend in Fig. 1 in the construction position for buckling;

[0009] Fig.3 er et snittriss av segmentene i innkjøringsposisjonen; [0009] Fig.3 is a sectional view of the segments in the drive-in position;

[0010] Fig.4 er risset på fig.3 i utbukkingsposisjonen; [0010] Fig. 4 is drawn on Fig. 3 in the bent-out position;

10 [0011] Fig.5 ligner fig.3, og viser hvorfor anordningen ikke vil kollapse for en hindring under utbukking; [0011] Fig.5 is similar to Fig.3, and shows why the device will not collapse for an obstacle during buckling;

[0012] Fig.6 viser en endeforbindelse ifølge kjent teknikk mellom segmenter og en grunn skjærvinkel; [0012] Fig.6 shows an end connection according to known technique between segments and a shallow cutting angle;

[0013] Fig.7 viser endeforbindelsen mellom segmenter ifølge den foreliggende opp-15 finnelse ved bruk av skarpere vinkler enn i designen ifølge kjent teknikk på fig.6; [0013] Fig. 7 shows the end connection between segments according to the present invention using sharper angles than in the prior art design of Fig. 6;

[0014] Fig.8 er et nærbilde av designen på fig.6 med segmentene skjøvet fluktende sammen; [0014] Fig.8 is a close-up of the design of Fig.6 with the segments pushed flush together;

[0015] Fig.9 er risset på fig.8, og viser hvor mye segmenter kan bøyes i forhold til et tilstøtende segment i designen ifølge kjent teknikk; [0015] Fig. 9 is drawn on Fig. 8, and shows how much segments can be bent in relation to an adjacent segment in the design according to known technique;

20 [0016] Fig.10 er den foreliggende oppfinnelse, og viser segmentene fluktende mot hverandre; 20 [0016] Fig. 10 is the present invention, and shows the segments flush against each other;

[0017] Fig.11 er risset på fig.10, og viser hvordan relativ bøying mellom tilstøtende segmenter er mindre enn i designen ifølge kjent teknikk på fig.9 ved bygging av segmentene til ekspansjonsdiameteren. [0017] Fig. 11 is drawn on fig. 10, and shows how relative bending between adjacent segments is less than in the design according to known technique on fig. 9 when building the segments to the expansion diameter.

25 25

DETALJERT BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKKEDE UTFØRELSE DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

[0018] Det vises til figurene 1 og 3 sammen, hvor det kan ses at den justerbare svange 10 er laget av segmenter 12 og 14 som er motsatt orientert og i et alternerende mønster. Oppstillingen av segmenter er anordnet på en utvendig overflate 16 30 av en bærehylse 18 som har en ytre skulder 20. En sammenstillingsklemme 22, som sitter i et spor 24, på den utvendige overflate 18 fjernes før innkjøring i hullet. En fast fremre konus 26 er fastholdt mot skulderen 20 ved bruk av skjærpinner 28. Nedre segmenter 14 har l-formede monteringsstykker 30, og selv om det ikke er vist på fig. [0018] Reference is made to figures 1 and 3 together, where it can be seen that the adjustable bend 10 is made of segments 12 and 14 which are oppositely oriented and in an alternating pattern. The arrangement of segments is arranged on an outer surface 16 30 of a carrier sleeve 18 which has an outer shoulder 20. An assembly clamp 22, which sits in a groove 24, on the outer surface 18 is removed before driving into the hole. A fixed forward cone 26 is secured to the shoulder 20 by means of shear pins 28. Lower segments 14 have l-shaped mounting pieces 30, and although not shown in FIG.

344629 344629

4 4

1, holdes de på plass i sporet 32 i den fremre konus 26. Øvre segmenter 12 har et lformet monteringsstykke 34 som holdes på plass i sporet 36 i legemet 38. Lokalisert ovenfor og skjematisk illustrert som 40 er det fortrinnsvis et hydraulisk anker og en stempelslaginnretning som bæres av en streng, for å føre anordningen vist på fig.1 5 fremover inn i et forlengingsrør eller en fôringsrørstreng eller en henger vist skjematisk som 42. Utelatt fra fig.1, for å bidra til klarheten, er det et øvre rør som anordningen på fig.1 har blitt ført frem gjennom for å nå strengen eller hengeren 42 som skal ekspanderes til kontakt med det større rør som er anordnet rundt den, slik at etter ekspansjon, har de to strenger kontakt med hverandre for å bære strengen 10 eller hengeren 42. Denne teknologi er ikke kun begrenset til ekspanderbare forlengingsrørstrenger som er forbundet til forutgående strenger, ettersom den kan brukes til å utplassere mantel som ikke er forbundet til åpne hull. Fig.3 viser en glideakse 44 og en annen glideakse 46 på motstående flanker av segmentene 12. Segmentene 12, som ligger an mot hverandre, har komplementære flankeprofiler for 15 å lette glidende kontakt, som dette best ses på fig.7, som er et riss langs linjer 7-7 på fig.4, og viser byggeposisjonen. Hellingsvinkelen 48 mellom den ene eller den andre av aksene 44 eller 46 har fortrinnsvis en mindre vinkel fra senteraksen 50 enn den fremre utbukkingsoverflate 52 av segmentene 12 og den fremre utbukkingsoverflate 54 av segmentene 14 danner med den sentrale akse 50. I byggeposisjonen 20 på fig.4, er overflatene 52 og 54 innrettet, som det bedre ses på fig.2. Betydningen av disse vinkelrelasjoner vil bli fullstendig forklart nedenfor. 1, they are held in place in the groove 32 in the forward cone 26. Upper segments 12 have an l-shaped mounting piece 34 which is held in place in the groove 36 in the body 38. Located above and schematically illustrated as 40 is preferably a hydraulic anchor and a piston impact device which is carried by a string, to advance the device shown in Fig. 1 5 into an extension tube or a casing string or a hanger shown schematically as 42. Omitted from Fig. 1, for the sake of clarity, is an upper tube which the arrangement of Fig. 1 has been advanced through to reach the string or hanger 42 which is to be expanded into contact with the larger pipe arranged around it, so that after expansion, the two strings are in contact with each other to carry the string 10 or the hanger 42. This technology is not limited to expandable extension tubing strings connected to upstream strings, as it can be used to deploy casing that is not connected to open holes. Fig.3 shows a sliding axis 44 and another sliding axis 46 on opposite flanks of the segments 12. The segments 12, which abut each other, have complementary flank profiles to facilitate sliding contact, as this is best seen in Fig.7, which is a drawing along lines 7-7 on fig.4, showing the construction position. The angle of inclination 48 between one or the other of the axes 44 or 46 preferably has a smaller angle from the center axis 50 than the front bulging surface 52 of the segments 12 and the front bulging surface 54 of the segments 14 forms with the central axis 50. In the construction position 20 in fig. 4, the surfaces 52 and 54 are aligned, as is better seen in fig.2. The significance of these angular relationships will be fully explained below.

[0019] Vandringen er ikke definert direkte i henhold til 44 og 46, men er et produkt av denne relasjon og vinkelen 48A vist på fig.7. Tegnene 44, 46 og 48A definerer segmentenes geometriske relasjon. Stigningsvinkelen eller forflytningsvinkelen fra 25 fig. 5 er den kritiske vinkel for å hindre ettergivelse ved restriksjoner. Stigningsvinkelen kan visuelt ses som vinkelen mellom aksen og linjen 68. Den er definert som diameterforandringen versus aksial bevegelse. Punktene 44 og 46 definerer nærmere omkretsforandringen i forhold til aksial bevegelse. De er lineært relatert, men forskjellige. [0019] The travel is not defined directly according to 44 and 46, but is a product of this relationship and the angle 48A shown in fig.7. The characters 44, 46 and 48A define the geometrical relationship of the segments. The pitch angle or displacement angle from 25 fig. 5 is the critical angle to prevent yielding by restrictions. The pitch angle can be visually seen as the angle between the axis and the line 68. It is defined as the diameter change versus axial movement. Points 44 and 46 define in more detail the change in circumference in relation to axial movement. They are linearly related but different.

30 [0020] Den forskjøvne posisjon til segmentene 12 og 14 representerer deres minste diameter for innkjøring. De går til sin maksimumsdiameter ved relativ aksial bevegelse mellom segmentene 12 og 14 langs en bane som er et resultat av flankegeometrien, så som vinkel 48 og 48A, som forbinder dem, som det bedre ses på fig.7. [0020] The offset position of the segments 12 and 14 represents their smallest diameter for run-in. They reach their maximum diameter by relative axial movement between the segments 12 and 14 along a path resulting from the flank geometry, such as angles 48 and 48A, connecting them, as is better seen in Fig.7.

344629 344629

5 5

Under innkjøring med den fremre konus 26 skjærpinnet til hylsen 18 med pinner 28, vil støt på konusen 26 ikke forandre de relative posisjoner av segmentene 12 og 14 og forårsake at de går til byggeposisjonen ved den tiltenkte utbukkingsdiameter, som vist på fig.2. Imidlertid, når konusen 26 lander på forlengingsrøret eller hengeren 42, 5 genereres en kraft for å bryte skjærpinnene 28 når hylsen 18 fortsetter å gå fremover. Fortsettelse av påført kraft på legemet 38 forårsaker relativ bevegelse av segmentene 12 i forhold til de nå stasjonære segmenter 14 inntil den fullt innrettede posisjon på figurene 2 og 4 er oppnådd. Som det ses på fig.2, hadde den fremre konus 26 igangsatt ekspansjon av strengen 42 langs sin flate 56, som hovedsakelig 10 er innrettet med de nå innrettede utbukkingsoverflater 52 og 54. Som et resultat av bevegelse av anordningen i posisjonen på fig.2, oppnås den utvidede innvendige diameter 58. During drive-in with the front cone 26 sheared to the sleeve 18 with pins 28, impacts on the cone 26 will not change the relative positions of the segments 12 and 14 and cause them to go to the build position at the intended flare diameter, as shown in fig.2. However, when the cone 26 lands on the extension tube or hanger 42, a force is generated to break the shear pins 28 as the sleeve 18 continues to advance. Continuation of applied force on the body 38 causes relative movement of the segments 12 relative to the now stationary segments 14 until the fully aligned position of Figures 2 and 4 is achieved. As seen in Fig. 2, the forward cone 26 had initiated expansion of the string 42 along its surface 56, which is substantially aligned with the now aligned flare surfaces 52 and 54. As a result of movement of the device in the position of Fig. 2 , the enlarged internal diameter 58 is achieved.

[0021] Hvis en hindring, skjematisk illustrert som 60, påtreffes utenfor røret 42 som blir ekspandert, vil anordningen 10 ikke være i stand til å bli mindre ved å gå tilbake 15 til konfigurasjonen på figurene 1 eller 3. Den kan kun gjøre dette ved aksial forlengelse av segmentene 14 som er i stand til å bevege seg nedover i hullet relativt til segmentene 12. Tidligere, var det å tillate denne bevegelse uttrykkelig ønsket, slik at utbukking med en design med en segmentert svange kunne fortsette ved at den ble mindre ved hindringen, for å gå klar av den og deretter gå tilbake til full utbukkings-20 diameter når man hadde gått klar av hindringen. I enkelte utbukkingsanvendelser er det imidlertid et behov for en minimum driftsdiameter, som representert med 58, som må være lik eller overstige en minimumsverdi, for å tillate verktøy for etterfølgende operasjoner å passere gjennom. I disse anvendelser er enhver ettergivende fleksibilitet av svangeanordningen 10 ikke ønskelig. Det er av denne årsak at stignings-25 vinkelen, som visualisert som akse for relativ bevegelse 68 på fig.5, representerer forflytningen av segmentene i forhold til radiale og aksiale posisjoner som et resultat av geometrien til flankene 44 og 46, så som vinklene 48 og 48A, er ved en grunnere eller mindre vinkel enn rørvinkelen 70 tilstøtende både den fremre konus 26, hvis den brukes, og de fremre utbukkingsoverflater 52 og 54. Fordi stigningsvinkelen, som 30 definerer den relative bevegelse mellom segmentene 12 og 14 er ved en grunnere vinkel enn for det omgivende rør, vil ethvert forsøk av segmentene 14 på å bevege seg aksialt i forhold til segmentene 12, for å redusere den utvendige diameter av svangeanordningen 10, bli blokkert av den steilere vinkel av overflaten 62 på røret [0021] If an obstruction, schematically illustrated as 60, is encountered outside the tube 42 being expanded, the device 10 will not be able to shrink by returning 15 to the configuration of Figures 1 or 3. It can only do this by axial extension of the segments 14 which are capable of moving down the hole relative to the segments 12. Previously, allowing this movement was expressly desired so that buckling with a segmented cam design could continue by decreasing at the obstacle, to clear it and then return to full flare-20 diameter once clear of the obstacle. However, in some bulging applications, there is a need for a minimum operating diameter, as represented by 58, which must equal or exceed a minimum value, to allow tools for subsequent operations to pass through. In these applications, any yielding flexibility of the hinge device 10 is not desirable. It is for this reason that the pitch angle, as visualized as axis of relative motion 68 in Fig. 5, represents the displacement of the segments in relation to radial and axial positions as a result of the geometry of the flanks 44 and 46, such as the angles 48 and 48A, is at a shallower or smaller angle than the tube angle 70 adjacent both the front cone 26, if used, and the front bulge surfaces 52 and 54. Because the pitch angle, which 30 defines the relative movement between the segments 12 and 14 is at a shallower angle than that of the surrounding pipe, any attempt by the segments 14 to move axially relative to the segments 12, to reduce the outside diameter of the bend assembly 10, will be blocked by the steeper angle of the surface 62 of the pipe

344629 344629

6 6

eller hengeren 42, fordi den har ekspandert ved en steilere vinkel, som definert av vinkelen til den fremre konus 26 og segmentene 52 og 54. Fig.5 illustrerer dette konsept grafisk. Punktene 64 og 66 viser startposisjonen og teoretisk endeposisjon for den fremre ende av segmentene 14 idet de beveger seg relativt til segmentene 12 5 langs aksen for relativ bevegelse 68. Den heltrukne linje 68 er forflytningslinjen mellom punktene 64 og 66. Den stiplede linje 70 representerer imidlertid rørets skråstillingsvinkel som har en steilere helling enn linjen 68. Krysningen mellom disse to linjer er den grense som segmentene 14 kan bevege forover for å reetablere posisjonen på fig.3. Det skal forstås at segmentene 14 møter den hellende overflate 62 10 av røret 42 praktisk talt umiddelbart, for å begrense, om ikke eliminere, segmentene 14 sin evne til foroverrettet relativ bevegelse i forhold til segmentene 12. Kortfattet, hvis det er en ubevegelig hindring 60, vil svangeanordningen 10 simpelthen sette seg fast på grunn av sin manglende evne til å bli mindre ved foroverrettet relativ bevegelse av segmentene 14 i forhold til segmentene 12. Enten kan nok kraft påføres til å 15 få den ønskede minimumsdiameter ved å overvinne hindringen 60 for å få minimum drift 58, eller ekspansjonsoperasjonen vil stoppe og andre teknikker kan brukes til å overvinne hindringen 60, eller prosjektet kan trenge å bli rekonfigurert for å rute strengen 42 i en annen retning for å komme rundt hindringen. Den foreliggende oppfinnelse sikrer at konusen forblir bygd på det eksisterende rør når den fremre konus 20 blir avlastet. or the hanger 42, because it has expanded at a steeper angle, as defined by the angle of the forward cone 26 and the segments 52 and 54. Fig.5 illustrates this concept graphically. The points 64 and 66 show the starting position and theoretical end position of the forward end of the segments 14 as they move relative to the segments 125 along the axis of relative movement 68. The solid line 68 is the line of displacement between the points 64 and 66. The dashed line 70, however, represents the angle of inclination of the pipe which has a steeper slope than the line 68. The intersection between these two lines is the limit that the segments 14 can move forward to re-establish the position in fig.3. It will be understood that the segments 14 meet the inclined surface 62 10 of the tube 42 practically immediately, to limit, if not eliminate, the ability of the segments 14 for forward relative movement with respect to the segments 12. Briefly, if there is an immovable obstacle 60 , the hinge device 10 will simply jam due to its inability to get smaller by forward relative movement of the segments 14 relative to the segments 12. Either enough force can be applied to obtain the desired minimum diameter by overcoming the obstacle 60 to obtain minimum drift 58 or the expansion operation will stop and other techniques may be used to overcome the obstacle 60 or the project may need to be reconfigured to route string 42 in a different direction to get around the obstacle. The present invention ensures that the cone remains built on the existing pipe when the front cone 20 is relieved.

[0022] Bortsett fra konfigurering av segmentene 12 og 14, for ikke å redusere diameteren ved en hindring 60, er det andre trekk i kantforbindelsene som reduserer friksjonsmotstand mot relativ aksial bevegelse, og en ny not-og-fjær-konfigurasjon for å redusere tendensen mot bøying mellom tilstøtende segmenter som kan presse de 25 tilsøtende segmenter sammen og hindre innretting av segmentene 12 og 14 i posisjonene på figurene 2 og 5. Det vises først til fig.6, hvor en design ifølge kjent teknikk vist i USP 7,128,146 på fig.4, hvor kantforbindelsene mellom tilstøtende segmenter 80 og 82 er illustrert i et enderiss. Segmentet 80 har et langstrakt avrundet hann-fremspring 84 som går ned på en side og det omvendte av en lang-30 strakt, avrundet hunn-fordypning 86 på den motsatte side. På motstående sider har segmentene 82 komplementære former. Formene som er i inngrep, har et gap 88, 90 som strekker seg fra den innvendige overflate 92 til den utvendige overflate 94. Disse gap eksisterer fordi fremgangsmåten for fremstilling for dannelse av segmentene er å 344629 [0022] Apart from configuring the segments 12 and 14, so as not to reduce the diameter at an obstacle 60, there are other features of the edge connections that reduce frictional resistance to relative axial movement, and a new tongue-and-groove configuration to reduce the tendency against bending between adjacent segments which can press the 25 adjacent segments together and prevent alignment of the segments 12 and 14 in the positions in figures 2 and 5. Reference is first made to fig. 6, where a design according to prior art shown in USP 7,128,146 on fig. 4, where the edge connections between adjacent segments 80 and 82 are illustrated in an end view. The segment 80 has an elongated rounded male projection 84 which descends on one side and the reverse of an elongated rounded female recess 86 on the opposite side. On opposite sides, the segments have 82 complementary shapes. The mating dies have a gap 88, 90 extending from the inner surface 92 to the outer surface 94. These gaps exist because the manufacturing process for forming the segments is to 344629

7 7

starte med en rørform og fra en ende skjære de mønstre som er vist på fig.6 med en kjent skjæreteknikk som kalles tråd-EDM. Gapene er lukket når konusen er bygd og belastet. Skjæreteknikken fjerner metall for å danne de skjæreformer som er illustrert, hvilket etterlater gap mellom dem som til og med kan økes i bredde, som vist i USP 5 7,128,146, når hensikten er å øke fleksibiliteten for å gå ut av rundhet for å hanskes med en hindring på utsiden av røret som skal ekspanderes, slik at svangeanordningen på fig.6 kan fortsette forbi hindringen, og den innvendige diameter hvor hindringen var lokalisert vil bli mindre enn den ekspanderte diameter som er fjernet langs omkretsen fra der hvor hindringen ble påtruffet. Igjen, i anvendelser hvor en 10 minimum drift er påkrevet, er denne type av bøyningsettergivenhet for å redusere diameteren i et parti av den ekspanderte omkrets ikke ønskelig. I tillegg, selv om denne konfigurasjon tillater ettergivenhet i anordningen for å gå klar av en hindring, kan den også danne tilstrekkelig bøying til å forårsake binding. En annen problemstilling med denne design er kraftoverføringen fra reaksjonskraften fra røret som blir 15 ekspandert, som representert ved pilen 96. På fig.6, er komponenten av den radiale kraft representert av pilen 96, som virker perpendikulært på kontaktflatene 98 og 100 på tilstøtende segmenter 80 og 82, skjematisk representert for å vise sin forholdsmessige størrelse med pilen 102. Siden vinkelforskyvningen i planene for den radiale reaksjonskraft for pilen 96 og overflater som har kontakt 98 og 100 er så liten, ut-20 vikles det en betydelig kontaktkraft som danner en friksjonskraft som må overvinnes og som kan begrense den relative aksiale bevegelse av segmentene 80 og 82 i forhold til hverandre, og som kan forårsake binding i ekstreme tilfeller. En hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å minimere denne kontaktkraft mellom segmenter for å redusere friksjonskraften som må overvinnes. En annen hensikt er å minimere 25 bøying i sideforbindelsene mellom tilstøtende segmenter, for å også å redusere muligheten for binding i situasjoner med høy belastning. start with a tube shape and from one end cut the patterns shown in fig.6 with a known cutting technique called wire EDM. The gaps are closed when the cone is built and loaded. The cutting technique removes metal to form the cutting shapes illustrated, leaving gaps between them that can even be increased in width, as shown in USP 5 7,128,146, when the purpose is to increase flexibility to go out of roundness to be gloved with a obstacle on the outside of the pipe to be expanded, so that the bending device of fig.6 can continue past the obstacle, and the internal diameter where the obstacle was located will be smaller than the expanded diameter removed along the circumference from where the obstacle was encountered. Again, in applications where a minimum drift is required, this type of bending tolerance to reduce the diameter in a portion of the expanded circumference is not desirable. Additionally, while this configuration allows compliance in the device to clear an obstruction, it can also create sufficient flex to cause binding. Another issue with this design is the power transfer from the reaction force from the tube being expanded, as represented by arrow 96. In Fig. 6, the component of the radial force is represented by arrow 96, which acts perpendicularly to contact surfaces 98 and 100 on adjacent segments 80 and 82, schematically represented to show their relative size by arrow 102. Since the angular displacement in the planes of the radial reaction force of arrow 96 and contacting surfaces 98 and 100 is so small, a significant contact force is developed which forms a frictional force which must be overcome and which can limit the relative axial movement of segments 80 and 82 relative to each other and which can cause binding in extreme cases. One purpose of the present invention is to minimize this contact force between segments in order to reduce the frictional force that must be overcome. Another purpose is to minimize bending in the lateral connections between adjacent segments, to also reduce the possibility of binding in high load situations.

[0023] Fig.7 illustrerer den foretrukne måte som disse mål har blitt oppfylt på. Den radiale reaksjonskraft fra det omgivende rør er igjen illustrert som 96. Denne gang er motstående kontaktoverflater 106 på segment 12 og 104 på tilstøtende segment 14, 30 som er anordnet symmetrisk i forhold til hver segmentkant, i en langt større vinkel som nærmer seg 45º, slik at normalkomponenten 108 av den radiale reaksjonskraft 96 som frembringer kontaktkraften mellom overflatene 104 og 106 er langt mindre enn i designen på fig.6, hvor planet for overflatene 98 og 100 er nærmere ca. 10º, [0023] Fig. 7 illustrates the preferred way in which these objectives have been met. The radial reaction force from the surrounding pipe is again illustrated as 96. This time opposing contact surfaces 106 on segment 12 and 104 on adjacent segment 14, 30 are arranged symmetrically to each segment edge, at a much larger angle approaching 45º, so that the normal component 108 of the radial reaction force 96 which produces the contact force between the surfaces 104 and 106 is far less than in the design of fig.6, where the plane of the surfaces 98 and 100 is closer to approx. 10º,

344629 344629

8 8

som for den samme reaksjonskraft 96 gir en normalkraft 102 som er langt større enn normalkraften 108 i konfigurasjonen på fig.7. Som et resultat av dette, når alle andre ting er like, blir friksjonskraften som må overvinnes fra en gitt radial reaksjonskraft 96 sterkt redusert. which for the same reaction force 96 gives a normal force 102 which is far greater than the normal force 108 in the configuration of fig.7. As a result, all other things being equal, the frictional force to be overcome from a given radial reaction force 96 is greatly reduced.

5 [0024] Den faktiske forbindelse mellom segmentene 12 og 14 er mer en pilspissform på fig.7 sammenlignet med de avrundede former 84 og 86 som påvirker hverandre gjensidig på fig.6, eller de L-former som påvirker hverandre gjensidig i USP 7,114,559 på fig.8. Selv om den avrundede, sammenlåsende konfigurasjon på fig.6 i denne anvendelse sørget for relativ bøying som et ønsket trekk, hadde L-formene, 10 som ble sammenlåst med gapene som var et resultat av tråd-EDM-skjæring, fremdeles evnen til å bøyes ved denne forbindelse. Designen på fig.7, som ser ut som en pilspiss bruker spisse til rette vinkler 110 og 112 i en avstand fra hverandre, som er anordnet symmetrisk omkring en vinkel 111 som fortrinnsvis er i det minste en rett vinkel, og fortrinnsvis en stump vinkel som til tross for noe gap dannet av frem-15 stillingsprosessen med tråd-EDM, holder de tilstøtende segmenter 12 og 14 bedre innrettet, og er en mye sterkere forbindelse mot bøying radialt inn eller radialt ut. Det er f.eks. fire kontaktoverflater på en kant av et segment så som 12 på fig.7; 114 og 116 som definerer vinkelen 110 og 118 og 120 som definerer vinkelen 112. I tillegg til disse overflater på segment 12, er det også kontaktoverflaten 106 så vel som den 20 hellende overflate 122 på utsiden av pilspissformen som går i inngrep med sin motstående overflate for å motstå bøying mellom segmenter langt bedre enn en sammenlåsende L-form vist i USP 7,114,559. 5 [0024] The actual connection between segments 12 and 14 is more of an arrowhead shape in Fig. 7 compared to the rounded shapes 84 and 86 that mutually influence each other in Fig. 6, or the L shapes that mutually influence each other in USP 7,114,559 in fig. 8. Although the rounded interlocking configuration of Fig. 6 in this application provided for relative bending as a desired feature, the L-shapes, interlocked with the gaps resulting from wire EDM cutting, still had the ability to bend in this connection. The design of Fig.7, which looks like an arrowhead, uses spaced apart acute to right angles 110 and 112, which are arranged symmetrically about an angle 111 which is preferably at least a right angle, and preferably an obtuse angle which despite some gap formed by the wire EDM positioning process, the adjacent segments 12 and 14 hold better alignment, and are a much stronger connection against bending radially in or radially out. It is e.g. four contact surfaces on one edge of a segment such as 12 in Fig.7; 114 and 116 defining the angle 110 and 118 and 120 defining the angle 112. In addition to these surfaces on segment 12, there is also the contact surface 106 as well as the inclined surface 122 on the outside of the arrowhead shape which engages its opposite surface to resist bending between segments far better than an interlocking L shape shown in USP 7,114,559.

[0025] Fagkyndige vil forstå at bruken av en fremre konus 26 er valgfri og er foretrukket for anvendelser som vil bygge svangeanordningen 10 på utsiden av 25 rørstrengen eller hengeren 42. I anvendelser hvor anordningen skal bygges til posisjonen på figurene 2 og 4, inne i et rør som skal ekspanderes, så vil den fremre konus 26 ikke passe med mindre den er dimensjonert mindre enn rørets innvendige diameter og derfor kan utelates. I disse tilfeller er segmentene posisjonert i innkjøringskonfigurasjonen på fig.1 og beveges hydraulisk i forhold til hverandre for 30 radialt å ekspandere røret 42, som på fig.4, til maksimum utbukkingsdiameter, hvoretter sammenstillingen av ankeret og stempelslaginnretningen, som er kjent, kan drive svangeanordningen som nå er i konfigurasjonen med maksimum diameter. Den verktøykonfigurasjon som kan få segmentene til å bevege seg aksialt og relativt til [0025] Those skilled in the art will understand that the use of a front cone 26 is optional and is preferred for applications that will build the bending device 10 on the outside of the pipe string or the hanger 42. In applications where the device is to be built to the position in figures 2 and 4, inside a pipe to be expanded, then the front cone 26 will not fit unless it is dimensioned smaller than the pipe's internal diameter and can therefore be omitted. In these cases, the segments are positioned in the run-in configuration of Fig. 1 and are hydraulically moved relative to each other to radially expand the pipe 42, as in Fig. 4, to the maximum bulge diameter, after which the assembly of the armature and piston impact device, which is known, can drive the boom device which is now in the maximum diameter configuration. The tool configuration that can cause the segments to move axially and relative to

344629 344629

9 9

hverandre, og til å operere for å ekspandere ved bruk av et anker og en stempelslaginnretning er forklart i detalj i de to tidligere patenter omtalt ovenfor. each other, and to operate to expand using an anchor and a piston impact device is explained in detail in the two prior patents discussed above.

[0026] Svangeanordningen 10, ifølge den foreliggende oppfinnelse er designet til å holde den forhåndsbestemte byggediameter og til ikke å redusere den for en [0026] The suspension device 10, according to the present invention, is designed to keep the predetermined construction diameter and not to reduce it by a

5 hindring, slik at når ekspansjon vellykket er fullført, vil det sørges for en minimum driftsdiameter. Når man kommer til byggeekspansjonsdimensjonen blir friksjonskraften som skal overvinnes redusert på grunn av en større vinkelforskyvning av kontaktoverflatene mellom segmenter og den radiale reaksjonslast fra røret som blir ekspandert. Dreiing mellom segmenter reduseres fra den unike flanke- og holder-10 konfigurasjon som ligner en pilspiss i form, og som særtrekk har to motstående med innbyrdes avstand anordnede fortrinnsvis spisse vinkler, hvor én av vinklene 112 ligger an mot kontaktoverflaten 104, og den motsatte ende med vinkel 110 er en hellende overflate 122. Som et resultat av dette, er det alt-i-alt en bedre tilbakeholdenhet mot bøying mellom segmentene 12 og 14, for å forbedre bevegelsene av 15 anordningen 10 til byggeposisjonen på fig.2 og tilbake til innkjøringsposisjonen på fig. 1 når vekt minskes på anordningen 10 fra en opptakskraft påført på den bakre holder 38 fra den opphulls anordning 40 som bærer den. 5 obstruction, so that when expansion is successfully completed, a minimum operating diameter will be provided. When you get to the construction expansion dimension, the frictional force to be overcome is reduced due to a greater angular displacement of the contact surfaces between segments and the radial reaction load from the pipe being expanded. Rotation between segments is reduced from the unique flank and holder 10 configuration which resembles an arrowhead in shape, and as a distinctive feature has two oppositely spaced, preferably acute angles, where one of the angles 112 abuts the contact surface 104, and the opposite end with angle 110 is an inclined surface 122. As a result of this, there is overall a better restraint against bending between the segments 12 and 14, to improve the movements of the device 10 to the construction position of Fig. 2 and back to the drive-in position in fig. 1 when weight is reduced on the device 10 from an absorption force applied to the rear holder 38 from the hollow device 40 which carries it.

[0027] Figurene 8 og 9 må sammenlignes med figurene 10 og 11 for å illustrere konseptet med hvordan det hellende snitt ifølge den foreliggende oppfinnelse mellom 20 segmentene bedre holder dem i innretting under bygging enn designen ifølge kjent teknikk, vist på figurene 8 og 9. Fig.8 viser tilstøtende segmenter 202 og 204 skjøvet sammen langs kontaktlinjer 206 og 208 med innbyrdes avstand som er i det samme plan. Motstående piler 210 viser det mulige omkretsgap langs kontaktlinjene 206 og 208 hvis segmentene ble atskilt perfekt i en omkretslinje når kulen 212 av segment 25 204 ble beveget i omkretsretningen inntil den kom i inngrep med omkretssporet 214 inntil kulen 212 kom i inngrep med åpningen 216 mellom kontaktlinjene 206 og 208 med innbyrdes avstand. Imidlertid, som vist på fig.9, selv om det er relativ aksial bevegelse mellom tilstøtende segmenter 202 og 204 når anordningen blir bygd til ekspansjonsdimensjonen, er det også relativ bøying. Det er ønskelig å minimere 30 denne relative bøying, ettersom segmentene kan gå inn i en binding når de glir relativt og aksialt under byggeprosessen i røret som skal ekspanderes. Som vist på fig. 9, er bøyingen mellom segmentene omkring et dreiepunkt 218 ved den ytre periferi 220 langs en radius fra dreiepunktet 218 til punktet 222 hvor kulen 212 får sin 344629 [0027] Figures 8 and 9 must be compared with Figures 10 and 11 to illustrate the concept of how the inclined section according to the present invention between the 20 segments better keeps them in alignment during construction than the prior art design, shown in Figures 8 and 9. Fig.8 shows adjacent segments 202 and 204 pushed together along contact lines 206 and 208 with a mutual distance that is in the same plane. Opposite arrows 210 show the possible circumferential gap along the contact lines 206 and 208 if the segments were separated perfectly in a circumferential line when the ball 212 of segment 204 was moved circumferentially until it engaged the circumferential groove 214 until the ball 212 engaged the opening 216 between the contact lines 206 and 208 with mutual distance. However, as shown in Fig. 9, although there is relative axial movement between adjacent segments 202 and 204 as the device is built to the expansion dimension, there is also relative bending. It is desirable to minimize this relative bending, as the segments may enter into a bond as they slide relatively and axially during the construction process in the pipe to be expanded. As shown in fig. 9, the bending between the segments about a pivot point 218 at the outer periphery 220 along a radius from the pivot point 218 to the point 222 where the ball 212 gets its 344629

10 10

bevegelse stoppet ved gap 216. Motstående piler 224 viser den vinkel som kvantifiserer det omfang av relativ bøying mellom tilstøtende segmenter 202 og 204 som er mulig. movement stopped at gap 216. Opposite arrows 224 show the angle that quantifies the extent of relative bending between adjacent segments 202 and 204 that is possible.

[0028] Fig.10 ligner fig.8 med det unntak at kontaktlinjene er i en skarpere vinkel i 5 forhold til senteret for alle segmentene, hvor kun segmentene 202’ og 204’ er vist. [0028] Fig. 10 is similar to Fig. 8 with the exception that the contact lines are at a sharper angle in relation to the center for all segments, where only segments 202' and 204' are shown.

Forskjellen i design ses bedre ved sammenligning av figurene 9 og 11. På fig.11 er dreieradien fra dreiepunkt 218’ til punktet 222’ hvor kulen 212’ får sin bevegelse stoppet ved gap 216’. Den relative bøying mellom segmentene på fig.11 er mindre, fordi fra det samme dreiepunkt er bøyeradien ifølge den foreliggende design på fig. The difference in design is better seen by comparing figures 9 and 11. In figure 11, the turning radius is from pivot point 218' to point 222' where the ball 212' has its movement stopped at gap 216'. The relative bending between the segments in fig.11 is smaller, because from the same pivot point the bending radius according to the present design in fig.

10 11 lengre, slik at den totale vinkelskjevinnretning er mindre enn på fig.9. Her er kontaktoverflatene 206’ og 208’ i forskjellige plan. Forskjellen kan være i størrelsesorden ca. 1 grad med relativ bøying. Redusering av omfanget av relativ bøying ved bygging av segmentene gjør det mindre trolig at de vil sammenbindes ved bygging eller når de tillates å gå tilbake til den mindre dimensjon. 10 11 longer, so that the total angular misalignment direction is smaller than in fig.9. Here the contact surfaces 206' and 208' are in different planes. The difference can be of the order of approx. 1 degree of relative bending. Reducing the amount of relative bending during construction of the segments makes it less likely that they will bond during construction or when allowed to revert to the smaller dimension.

15 [0029] Den ovenstående beskrivelse er illustrativ for den foretrukne utførelse, og mange modifikasjoner kan gjøres av fagkyndige uten å avvike fra oppfinnelsen, hvis omfang er definert av patentkravene nedenfor. [0029] The above description is illustrative of the preferred embodiment, and many modifications can be made by those skilled in the art without deviating from the invention, the scope of which is defined by the patent claims below.

Claims

PATENT CLAIMS

1. Adjustable bending device (10) for use in expanding the internal dimension of underground pipes, comprising:

a plurality of segments (12, 14) selectively relatively movable between a run-in position and a larger bulge dimension;

where the segments (12, 14) form a ring by sliding contact on opposing contact surfaces (106, 104); and

wherein the segments are interlocked at their edges and the contact surfaces (106, 104) are separated from the interlocking;

c a r a c t e r i s e r t w e d that

the interlocking has the shape of an arrowhead (110, 111, 112).

2. Device as stated in claim 1, where:

the interlock comprises at least four adjacent surfaces (114, 116, 118, 120) forming a male component of the interlock on a segment (12) and a complementary female form with at least four adjacent surfaces on an adjacent segment (14).

3. Device as specified in claim 2, where:

the at least four surfaces (114, 116, 118, 120) define at least one first acute angle (110).

4. Device as stated in claim 3, where:

the four surfaces (114, 116, 118, 120) define at least a first (110) and a second (112) acute angle.

5. Device as stated in claim 4, where:

the first (110) and second (112) acute angles are on opposite sides of a third angle (111).

344629

12

6. Device as stated in claim 5, where:

the first (110) and second (112) acute angle are symmetrically arranged in relation to the third angle (111).

5

7. Device as specified in claim 8, where:

the third angle (111) is at least a right angle.

8. Device as stated in claim 1, where:

the segments (12, 14) form a ring by sliding contact occurring along 10 opposing contact surfaces (106, 104) which receive a proportion of a normal load from the pipe being expanded, the contact surfaces (106, 104) being arranged in a plane inclined more than 180º divided by the number of segments from the direction of the normal load to carry the load from the pipe more directly, so that the resulting loads at the contact surfaces and the resulting friction opposing relative movement are reduced.

9. Device as specified in claim 1, where:

the contact surfaces (106, 104) are in two different planes on opposite sides of the interlocking.

20

10. Device as specified in claim 9, where:

the contact surfaces (106, 104) being in different planes reduce the bending between segments when the displacement limit in the interlocking is reached, which counteracts the contact surfaces being in the same plane.

25

11. Device as stated in claim 1, where:

the segments (12, 14) retain the bulge dimension in response to resistance at the tube's internal dimension to be expanded to the bulge dimension, and wherein the segments (12, 14) have a front bulge surface (52, 54) arranged at a greater angle to the longitudinal axis ( 50) than the pitch angle (68) of the segments (12, 14).

344629

13

12. Device as specified in claim 1, where:

the segments (12, 14) form a ring by sliding contact at joined flanks (44, 46), so that the axis representing the radial versus axial displacement crosses a longitudinal axis (50) in the ring to define a pitch angle (68).

5

13. Device as specified in claim 1, where:

the segments (12, 14) have an alternating orientation of long and short dimensions at opposite ends of the ring and axial relative segment movement to the bulge dimension aligns the forward bulge surfaces (52, 54) between them.

14. Device as stated in claim 1, where:

the larger bulge dimension comprises a single largest bulge dimension of the segments (12, 14).

15

15. Device as stated in claim 1, where:

the larger bulging dimension comprises the dimension where the segments (12,14) are completely aligned.

20

16. Device as specified in claim 1, where:

the plurality of relatively movable interlocking segments (12, 14) define adjacent contact flanks (44, 46) disposed on opposite sides of the interlocking, the flanks (44, 46) being in different non-parallel planes.