NO346086B1

NO346086B1 - Mekanisk lås med trykkbalansert flytende stempel

Info

Publication number: NO346086B1
Application number: NO20120863A
Authority: NO
Inventors: David L Nevels; Louis M Gambertoglio
Original assignee: Baker Hughes Holdings Llc
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2022-02-07
Also published as: AU2011220516B2; WO2011106614A2; WO2011106614A3; US8517114B2; AU2011220516A1; NO20120863A1; US20110209867A1

Description

OMRÅDE FOR OPPFINNELSEN

[0001] Området for oppfinnelsen er låser for verktøy som benyttes i et underjordisk sted hvor skjærbolter er unngått og frigjøringsanordningen er i trykkbalanse for innkjøring og når flyttet med et trykkdifferensial frigjør holdeanordningen som fortrinnsvis er en spennhylse.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

[0002] Komponenter er ofte konstruert for å holde deres relative posisjon inntil et spesifikt underjordisk sted er nådd, ved hvilket tidspunkt de er aktuert for å bevege seg forholdsvis for å operere forskjellig verktøy. Typisk er disse deler holdt sammen med skjærbolter. Når tidspunktet for verktøyaktueringen kommer, er forskjellige teknikker benyttet for å briste skjærbolten og få delene til å bevege seg. Det kan være et kulesete som mottar en kule etterfulgt av trykkøkning for å bevege en hylse med hensyn til en annen hvor skjærbolten strekker seg i begge hylser. Resultatet er at skjærbolten skjærer og delene beveger seg, og verktøyet er aktuert. Bolten kan skjæres ved å sette ned vekt eller ved å plukke opp og sette ned i et mønster i kombinasjon med et j-spor hvor etter så mange sykluser er en lengre bevegelse mulig og skjærbolten er skåret.

[0003] Skjærbolter kan være en kilde for problemer da de noen ganger brister ved mindre enn eller større enn kraften for hva de er konstruert for. Noen ganger skjærer de på en måte slik at en rest av skjærbolten kiler seg fast mellom de relativt bevegelige deler. Ved kjøring av en streng inn i en brønnboring er det hyppige støt på brønnboringsveggen, og noen av disse kan være harde nok til å briste en skjærbolt og få komponentene til å bevege seg ved et upassende tidspunkt. Dette kan være resultatet av at setting av en underjordisk anordning/verktøy i et uønsket sted eller i andre tilfeller kreve fjerning av streng for å korrigere deler og for å tilbakestille disse til dets opprinnelige posisjon for et annet forsøk. Det å måtte gjøre dette selv en gang kan være urimelig kostbart slik at slike hendelser må unngås for enhver kostnad.

[0004] En løsning til dette problem som har blitt utprøvet tidligere var å benytte en låseklo for å forhindre laster fra å nå en skjærbolt inntil kloen var underminert slik som med en kule som lander på en hylse som flytter seg med et trykk for å underminere kloen slik at en kraft kan nå skjærbolten. Dette er illustrert i

USP 7503 390. En annen tilnærming er å benytte en låsespennhylse som beveger seg radialt for å frigjøre komponenter for relativ bevegelse når presset ved påført trykk som vist i USP 7426964. Andre referanser som mer generelt angår skjærboltanvendelser er USP 5826 652 og 5462 121.

[0005] US 5826652A omtaler videre en pakning med et settestempel montert på legemet derav. Pakningen er hydraulisk satt før behandling eller sementering. Pakningen har en glidehylseventil som er åpen under innkjøring. Etter at pakningen er satt, er setteverktøyet frigjort fra ventilen. Ventilen kan så opereres igjennom manipulering av rørstrengen. Rørstrengen kan frakobles og innkobles i pakningslegemet for å bestemme om ventilen har stengt ved måling av trykkforholdene ved overflaten.

[0006] US 4660637A omtaler en pakning- og serviceverktøysammenstilling for olje og gassbrønn forberedelse som innbefatter en frakoblingsmekanisme som tillater verktøyet å bli skrudd inn i og ut av pakningen og som kan hydraulisk frakobles slik at verktøyet kan fjernes uten å påføre moment på verktøyet eller arbeidsstrengen. En frigjørbar sperremekanisme er også anordnet i pakningen for å fange innstillingsbelastinger når pakningen er satt i foringsrøret. Sperremekanismen er frigjørbar ved å trekke opp et husparti som opptar sammenleggbare sperrefingre og derved frigjør sperrefingerfangetennene fra en stasjonær sperrering.

[0007] Den foreliggende oppfinnelse erstatter i en utførelse skjærbolten eller bolter med en eller flere spennhylser som er holdt fanget i et spor ved et trykkbalansert stempel som er følsomt for forandringer i rør eller ringroms trykk. Ved et valgt tidspunkt er adskilte porter som fører til motsatte ender av det flytende stempel isolert fra hverandre slik at trykk kan bygges opp på en av portene for å bevege hylsen fortrinnsvis i brønnretningen for å frigjøre spennhylsen. Det samme trykk som frigjør spennhylsen kan bevege en hylse i den motsatte retning i forhold til bevegelse av det flytende stempel for å aktuere ethvert antall av forskjellige verktøy. Disse og andre aspekter med den foreliggende oppfinnelse vil lettere fremkomme for de som er fagkyndige på området fra gjennomgang av den detaljerte beskrivelse av den foretrukne utførelse og de tilhørende tegninger, idet det erkjennes at kravene angir det fullstendige omfanget av oppfinnelsen.

SAMMENFATNNG AV OPPFINNELSEN

[0008] Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en trykkaktuatorsammenstilling for et underjordisk verktøy, kjennetegnet ved at den omfatter: en spindel med en passasje derigjennom, spindelen har øvre og nedre endeforbindelser for festing til en rørstreng som strekker seg til et forhåndsbestemt sted; en aktuatorhylse med minst én spennhylsefinger med et hode som kan koples med et spor i spindelen, aktuatorhylsen er låst til nevnte spindel som respons på at den minst ene spennhylsefinger er koblet innen sporet og bevegbar med hensyn til nevnte spindel når den minst ene spennhylsefinger ikke er koblet innen sporet for å aktuere verktøyet; et første kammer dannet mellom spindelen og en nedre rørdel, det første kammer er i fluidkommunikasjon med passasjen via en første port; et andre kammer dannet mellom spindelen og aktuatorhylsen, det andre kammer er i fluidkommunikasjon med passasjen via en andre port, det andre kammer er lokalisert opphulls fra det første kammer; og et frigjøringsstempel aksialt bevegbart i forhold til spindelen mellom en første posisjon og en andre posisjon; den andre posisjon er nedihulls av den første posisjon; frigjøringsstempelet har en nedre ende som strekker seg inn i det første kammer og en øvre ende som strekker seg inn i det andre kammer; frigjøringsstempelet er bevegelig idet den første port er isolert fra den andre port slik at det andre kammer kan trykksettes uten å trykksette det første kammer; nevnte frigjøringsstempel holder nevnte aktuatorhylse til nevnte spindel når den er i den første posisjon ved å opprettholde hodet til den minst ene spennhylsefinger innen sporet og å tillate opphullsbevegelse av aktuatorhylsen (når den er i den andre posisjonen hvori frigjøringsstempelet tillater hodet til den minst ene spennhylsefinger å trekkes tilbake fra sporet, frigjøringsstempelet er bevegbart som respons på at det andre kammer trykksettes.

[0009] Foretrukne utførelsesformer av sammenstillingen er videre utdypet i kravene 2 til og med 19.

[0010] Deler som behøver å holdes mot relativ bevegelse er holdt med i det minste en spennhylse som er fanget i et spor med hylse som virker som et stempel.

Stempelet er eksponert for rørtrykk på motsatte ender for å være i trykkbalanse overfor variasjoner i trykk i røret. Når det er ønskelig å tillate relativ delbevegelse for å aktuere verktøyet, er en av portene til stempelet isolert fra den andre, og trykk driver stempelet i en brønnretning. Dette frigjør spennhylsen, og trykket driver en hylse i en motsatt retning for å aktuere et verktøy. Delene kan valgfritt være rotasjonsmessig låst.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGEN

[0011] Figur 1a-1b er snittriss av verktøyet i innkjøringsposisjonen før en frigjøring for relativ bevegelse oppstår;

[0012] Figur 2 er en alternativ form for spennhylsehodene vist i figur 1a;

[0013] Figur 3 er en alternativ form for spennhylsehodene vist i figur 1a;

[0014] Figur 4 er et alternativt tetningsarrangement for frigjøringsstempelet som viser en konfigurasjon av indre og ytre tetninger montert på frigjøringsstempelet;

[0015] Figur 5 viser en alternativ utforming av tetningene i figur 4.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DEN FORTRUKNE UTFØRELSE

[0016] Figur 1 viser en spindel 10 og en aktuatordel eller fortrinnsvis en hylse 12 hvis bevegelse i forhold til spindelen 10 aktuerer et verktøy som ikke er vist. En nedre rørdel 14 er festet til spindelen 10 med nøkkel 18 som er innført gjennom et spor i den nedre rørdel 14 for å spenne over spindel 10 og nedre rørdel 14 for rotasjonsmessig å låse disse sammen og for å holdes i denne posisjonen ved hylse 16 og festeanordning 20 vist med stiplede linjer. Utvendig herdede slitasjeknaster (knapper) 22 og 24 beskytter den ytre overflate 26 til den nedre rørleder 14. En innvendig skulder eller undersnitt 28 danner et kammer 30 som er tilgjengelig fra passasje 32 i spindelen 10 ved port eller porter 34. Et frigjøringsstempel 36 som tjener som en låsedel har en nedre ende 38 i kammeret 30.

Tetninger 40 og 42, henholdsvis på utsiden og innsiden av frigjøringsstempelet 36, tetter av kammer 30. Trykk fra passasje 32 i spindelen 10 som når kammeret 30 utøver en opphullskraft på frigjøringsstempelet 36.

[0017] Ende 44 i frigjøringsstempel (heretter betegnet hylse) 36 er i et kammer 46 dannet mellom spindelen 10 og aktuatorhylsen 12. Adkomst fra passasje 32 i spindel 10 inn i kammeret 46 er gjennom porter 48. Ytre og indre tetninger 50 og 52 tetter frigjøringsstempelet henholdsvis mot aktuatorhylsen 12 og mot spindelen 10. Tetninger 50 og 52 er henholdsvis montert i spor 54 og 56 som henholdsvis er lokalisert i hylsen 12 og spindelen 10. Tetning 58 er på den motsatte side av porter 48 fra tetninger 50 og 52 og er fortrinnsvis holdt på aktueringshylsen 12 ved motstående oppbakkingsringer slik som 60 og 62. Det samme trykk ved porter 34 og 48 vil ikke påføre en nettokraft på hylsen 36 for å flytte.

[0018] Hylse 36 har et spor 64 i hvilket en bolt 66 rir som strekker seg fra nedre rørdel 14. Hodet til bolt 66 er i en fordypning 68 til nedre rørdel 14 for å unngå å slipe hodet på veien inn i eller ut av brønnen. Tilstedeværelsen av bolt 66 i spor 64 forhindrer uavhengig rotasjon mellom den nedre rørdel 14 og hylsen 36. Valgfritt kan en skjærbolt 70 initialt forbinde den nedre rørdel 14 til hylsen 36 og er konstruert for å briste med minimal motstand når en nettokraft er påført hylsen 36 fra trykk inn i porter 48 med porter 34 isolert fra det samme trykk.

[0019] Aktuatorhylse 12 har en rekke av spennhylsefingre 72 som avslutter i hoder 74 som er holdt fanget i spor 76 ved hylse 78 som er en forlengelse av hylse 36 som er festet med festeanordning eller festeanordninger 80. Fingre 72 har en innbygd fjærforspenning utover og bort fra spor 76. Hylse 36 har en konet overflate som fortrinnvis har den samme helning som overflate 84 på hoder 74 slik at bevegelse av hylsen 36 i retningen av pil 86 har resultatet av å tilbaketrekke hylse 78 fra posisjonen vist inntil punktet hvor den ikke lenger overlapper hodene 74 idet overflate 82 samtidig skyver hodene 74 ut av spor 76 idet de fungerer i tandem med den innebygde forspenning som lar hodene 74 fjære ut etter som hylse 78 er tilbaketrukket.

[0020] Innen passasje 32, innbefatter et kjøre-/setteverktøy et sete 88 på hvilken en kule 90 lander, hvorav begge er skjematisk illustrert, for å isolere port 34 fra port 48. Trykk i setteverktøyet på kule 90 trykksetter kammer 46 og påfører en ubalansert kraft på hylse 36 som resulterer i bristing av den valgfrie bolt 70 og frigjøring av spennhylsehodene 74 for nå også å tillate at aktueringshylse 12 skyves inn i retningen av pilen 92 ved å benytte det oppbygde trykk i kammeret 46 for å skyve på aktueringshylse 12 og dens tetning 58. Bevegelse av hylsen 12 aktuerer enhver av en varietet av brønnverktøy operativt bundet til hylse 12.

[0021] Figur 2 og 3 viser alternative former av hodene 74. I figur 2 isteden for en enkel blokk i spor er blokken som er i hodet 74 i to forskjøvede sammenkoblede trinn 94 og 96. Hellende overflate 84 er fremdeles der i denne alternative utførelse. Figur 3 har hodene 74 som en enkel blokk har mer av et parallellogram eller hockey kølleform 97 med hellende overflate 84 integrert i en av de lange dimensjoner.

[0022] Figur 4 og 5 illustrerer noen alternative arrangementer for tetningene 50 og 52. De kan være ved enden av hylse 36 som vist i figur 4 eller aksialt forskjøvet langs hylse 36 som vist i figur 5.

[0023] Arrangementet kan fortrinnsvis utføres uten skjærbolter, og bruken av skjærbolt 70 er fullstendig valgfri. Bolt 70, hvis benyttet er satt ved en lav verdi. Hylse 36 aktuerer ved bevegelse i brønnretningen som vist ved pil 86. For innkjøring i hullet, hvis noen støtbelastninger i virkeligheten når hylse 36 som er eksponert på det ytre av sammenstillingen, vil ikke slike støtbelastninger tillate en frigjøring av spennhylsehodene 74. Idet en kule 90 sluppet på et sete 88 er en måte å isolere porter 34 fra porter 48, vil de som er faglært på området forstå at andre måter kan anvendes for selektivt å lukke porter 34 for å tillate trykk for å bevege hylse 36. Noen eksempler kan være manipulering av spindel 10 i forbindelse med en hylse og en j-spor sammenstilling for selektivt å dekke porter 34 når nødvendig for å aktuere verktøyet eller spennet over en port 48 med sugekopper (swab cups) på et aktueringsverktøy. Idet spennhylsefingre 72 med hoder 74 er foretrukket er også andre konfigurasjoner for å holde hylsen 12 til spindelen 10 uten å benytte skjærbolter også innen området for oppfinnelsen.

[0024] Alternativ hylse 36 kan delvis være lokalisert i passasje 32 og være integrert med et kulesete som mottar en gjenstand som flytter hylsen 36 initialt idet den er forbundet et utvendig parti til spindelen 10 som kan frigjøre kloen 74.

[0025] Inntil porten 34 er isolert fra port 48 vil ethvert nivå av passasjetrykk i passasje 32 ikke flytte hylsen 36 etter som den fortsetter å være i trykkbalanse.

[0026] Beskrivelsen ovenfor er illustrativ for den foretrukne utførelse og forskjellige alternativer og er ikke ment å legemliggjøre det bredeste omfang av oppfinnelsen, som er bestemt fra de vedføyde krav, og på en riktig måte gitt deres fullstendige omfang bokstavlig og ekvivalent.

Claims

PATENTKRAV

1. En trykkaktuatorsammenstilling for et underjordisk verktøy,

k a r a k t e r i s e r t v e d at den omfatter:

en spindel (10) med en passasje (32) derigjennom, spindelen (10) har øvre og nedre endeforbindelser for festing til en rørstreng som strekker seg til et forhåndsbestemt sted;

en aktuatorhylse (12) med minst én spennhylsefinger med et hode (74) som kan koples med et spor (76) i spindelen (10), aktuatorhylsen er låst til nevnte spindel (10) som respons på at den minst ene spennhylsefinger er koblet innen sporet (76) og bevegbar med hensyn til nevnte spindel (10) når den minst ene spennhylsefinger ikke er koblet innen sporet for å aktuere verktøyet;

et første kammer (30) dannet mellom spindelen (10) og en nedre rørdel (14), det første kammer (30) er i fluidkommunikasjon med passasjen (32) via en første port (34);

et andre kammer (46) dannet mellom spindelen (10) og aktuatorhylsen (12), det andre kammer (46) er i fluidkommunikasjon med passasjen via en andre port (48), det andre kammer (46) er lokalisert opphulls fra det første kammer (30); og et frigjøringsstempel (36) aksialt bevegbart i forhold til spindelen (10) mellom en første posisjon og en andre posisjon; den andre posisjon er nedihulls av den første posisjon;

frigjøringsstempelet (36) har en nedre ende (38) som strekker seg inn i det første kammer (30) og en øvre ende (44) som strekker seg inn i det andre kammer (46); frigjøringsstempelet (36) er bevegelig idet den første port (34) er isolert fra den andre port (38) slik at det andre kammer (36) kan trykksettes uten å trykksette det første kammer (30);

nevnte frigjøringsstempel (36) holder nevnte aktuatorhylse (12) til nevnte spindel (10) når den er i den første posisjon ved å opprettholde hodet (74) til den minst ene spennhylsefinger innen sporet (76) og å tillate opphullsbevegelse av aktuatorhylsen (12) når den er i den andre posisjonen hvori frigjøringsstempelet (36) tillater hodet (74) til den minst ene spennhylsefinger å trekkes tilbake fra sporet (76), frigjøringsstempelet (36) er bevegbart som respons på at det andre kammer (46) trykksettes.

2. Sammenstilling ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d at:

det andre kammer (46) er trykksatt som reaksjon på en blokkering av strømning gjennom passasjen (32).

3. Sammenstilling ifølge krav 2,

k a r a k t e r i s e r t v e d at:

trykk som når frigjøringsstempelet (32) for å flytte nevnte frigjøringsstempel (36), flytter også påfølgende nevnte aktuatorhylse (12) .

4. Sammenstilling ifølge krav 3,

k a r a k t e r i s e r t v e d at:

nevnte frigjøringsstempel (36) beveger seg i en motsatt retning i forhold til nevnte aktuatorhylse (12).

5. Sammenstilling ifølge krav 4,

k a r a k t e r i s e r t v e d at:

nevnte frigjøringsstempel (36) omfatter en hylsesammenstilling (36, 78) montert over nevnte spindel (10).

6. Sammenstilling ifølge krav 5,

k a r a k t e r i s e r t v e d at:

nevnte hylsesammenstilling (36, 78) er direkte eller indirekte rotasjonsmessig låst til nevnte spindel (10).

7. Sammenstilling ifølge krav 5,

k a r a k t e r i s e r t v e d at:

i den minste ene spennhylsefinger er et flertall av spennhylsefingre (72).

8. Sammenstilling ifølge krav 5,

k a r a k t e r i s e r t v e d at:

nevnte minste ene spennhylsefinger strekker seg gjennom en åpning i nevnte hylsesammenstilling (36, 78) når koblet innen nevnte spor (76).

9. Sammenstilling ifølge krav 8,

k a r a k t e r i s e r t v e d at:

nevnte åpning i nevnte hylsesammenstilling (36, 78) er dannet ved en åpningsoverflate (82) vesentlig parallell til en spennhylse-hodeoverflate (84) som er koblet ved bevegelse av nevnte hylsesammenstilling (36, 78).

10. Sammenstilling ifølge krav 9,

k a r a k t e r i s e r t v e d at:

et parti av nevnte hylsesammenstilling (36, 78) ligger over nevnte åpning og nevnte spennhylsehode (74) inntil nevnte hylsesammenstilling (36, 78) er flyttet for å frigjøre nevnte spennhylsehode fra nevnte spor (76).

11. Sammenstilling ifølge krav 10,

k a r a k t e r i s e r t v e d at:

nevnte minst ene spennhylsefinger er spent for å bevege seg bort fra nevnte spor (56) når nevnte hylsesammenstilling (36, 78) ikke lenger ligger over nevnte hode (74).

12. Sammenstilling ifølge krav 11,

k a r a k t e r i s e r t v e d at den videre omfatter:

et kjøre-/setteverktøy omfatter et sete (88) som mottar en gjenstand (90) for å isolere nevnte passasje (32).

13. Sammenstilling ifølge krav 12,

k a r a k t e r i s e r t v e d at:

nevnte hylsesammenstilling (36, 78) beveger seg ikke ved noe trykknivå i nevnte passasje, inntil nevnte gjenstand (90) først er landet på nevnte sete (88) og trykk mot nevnte gjenstand er påført.

14. Sammenstilling ifølge krav 13,

k a r a k t e r i s e r t v e d at:

nevnte hylsesammenstilling (36, 78) er initialt festet til nevnte spindel (10) med i det minste en bristbar del (70) for å holde nevnte hylsesammenstilling (36, 78) mot bevegelse ved innkjøring i et underjordisk sted;

initial bevegelse av nevnte hylsesammenstilling (36, 78) fra trykk påført ved nevnte første sted brister nevnte bristbare del.

15. Sammenstilling ifølge krav 2,

k a r a k t e r i s e r t v e d at det videre omfatter:

et kjøre-/setteverktøy omfatter et sete (88) som mottar en gjenstand for å isolere nevnte andre passasje (32).

16. Sammenstilling ifølge krav 15,

k a r a k t e r i s e r t v e d at:

nevnte frigjøringsstempel (36) beveger seg ikke ved noe trykknivå i nevnte passasje inntil nevnte gjenstand først er landet på nevnte sete (88) og trykk mot nevnte gjenstand er påført.

17. Sammenstilling ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d at:

nevnte hode (74) har en trappeform i snitt, og nevnte hylsesammenstilling (36, 78) ligger selektivt over nevnte trappeform.

18. Sammenstilling ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d at:

nevnte hode (74) har en hockey kølleform, og nevnte hylsesammenstilling (36, 78) har en hellende overflate som selektivt ligger over nevnte hode (74).

19. Sammenstilling ifølge krav 4,

k a r a k t e r i s e r t v e d at:

nevnte frigjøringsstempel (36) beveger seg kun mot nevnte nedre ende av nevnte spindel (10).