NO773152L - Pakningsenhet for stempler. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår tetningsanordninger for anvendelse i ledninger,og mer bestemt angår den stempelenheter for nedpumpning som er nyttig både for å drive verktøy langs en ledning med væsketrykk og som en brønnplugg.

Elastiske ringformede tetninger er blitt benyttet for

å pumpe forskjellige typer verktøy gjennom ledninger ved vedlikehold av en brønn. Slike systemer har spesiell betydning for brønner i fjerntliggende områder, såsom under vann, idet ettersyn og vedlikehold da enten må utføres fra stasjon på land eller fra en plattform ved vannflaten. Forskjellige typer wireappa-rater der det er mekanisk wireforbindelse fra brønnhodet til verktøyet som er i virksomhet har ved nedpumpningsoperasjoner den ulempe at et svikt i stempelenhetene gjør det umulig å

bringe utstyret tilbake til overflaten. Slitesterker og pålite-lige stempelenheter er derfor nødvendig for heldig gjennomføring av nedpumpningsoperasjoner.

Ettersyn og vedlikehold av brønner ved nedpumpning

gjør ikke bruk av tyngdekraften og er derfor velegnet på områder der vertikal adgang ikke er praktisk, slik tilfellet er ved visse undervannskilder og der brønnene er krokede eller har skarpe svinger. Nedpumpningsteknikk er også særlig nyttig når dybdene er overordentlig store, idet anvendelse av denne teknikk ikke er avhengig av styrken i wiren slik tilfellet er ved vanlige wireoperasjoner. Nuværende wireutstyr kan ikke brukes stort dypere enn omtrent 6000 m uten at man støter på spesielle problemer under så vanskelige forhold som sure brønner og brønner i soner med høy temperatur, slik man finner dem særlig på meget store dyp.

I store felt til havs benyttes det ofte installasjoner med satelittbrønner som er tilknyttet overflateplattformene ved hjelp av ledninger som ligger på havbunnen. De lengste ledninger som idag er i bruk i områder som f.eks. Nordsjøen, er omtrent 2000 m selv om avstander på så meget som 30 km mellom brønnhoder og plattformer er under overveielse. De siste ut-viklinger i Alaska skaper muligheter for anvendelse av nedpumpningsteknikk siden wirere blir stive og sprø ved arktiske temperaturer.

Nedpumpningsteknikk innebærer i alminnelighet sammen-kopling- av flere stempelenheter i en verktøystreng som også innbefatter stammer, akseleratorer, slaganordninger, forbindel-sesanordninger og de nødvendige drive- og trekkverktøy det er behov for for å føre, anbringe og trekke strømningsregulatorer ved bygging av brønn. Idag er det et tetningselement som oftest benyttes på nedpumpningsstempelenheter en pakningskopp fordi man ikke har til rådighet elementer utført spesielt for ned-pumpningsarbeid. Vanlige tetningskopper er beregnet på mekanisk å kunne løfte væske fra en brønnledning ved at pakningen tetter mot ledningens vegg slik at væske i ledningen over paknings-koppen kan løftes. Slike pakningskopper innbefatter vanligvis en rekke lette, forholdsvis fleksible finner som hver er under-støttet individuelt eller i grupper av tykkere, ikke fleksible lepper. De tynne finner følger omrisset av røret for i størst mulig utstrekning å redusere passering av væske, mens de tyngre lepper bærer hoveddelen av belastningen når trykkforskjellene øker. En kjent pakningskopp har form av en strupeving med finner, men struperingen er imidlertid ikke styrt av finnene, idet ringen arbeider helt uavhengig av disse.

Pakningsenheter som benyttes som nedpumpningsstempler blir utsatt for slitasje under to hovedfaser av enhetens arbeid. Når enhetene benyttes for transport av verktøy inn i og ut av brønner mellom et brønnhode og det egentlige sted der arbeid utføres av det verktøy som er innført beveger verktøyene seg over lange distanser, vanligvis med en trykkforskjell på 7- 21 kg/cm 2. Under denne bevegelse vil enhetene i ledningen passere kraver, sveisede forbindelser, rør med mindre innvendig diameter, de vanlige .krumninger med en radius på 1,50 m for utførelse av svinger inn i og ut av en brønnboring, omledningsanordninger, låse- og styreprofiler langs ledningens overflate, dorer i side-,lommer, rør for sikkerhetsventiler og andre former for overflate- endringer og avvikelser langs ledningens flater. Tetningsenhetene bøyes og deformeres i en viss utstrekning hver gang de passerer gjennom hver av disse avvikelser^fra den vanlige rør-formede.innvendige flate i ledningene. Nedslitning er sann-synligvis den største nedbrytende kraft som tetningsenhetene blir utsatt for. For -eksempel har man antatt at en hel runde gjennom en 35 km ledning i en 3000 m dyp brønn i slitasje- svarer til at man sleper verktøystrengen 70 km langs en fast kjøre-bane. Selv om trykkforskjellene er forholdvis moderate under transportfasen av tetningsenheten vil således den største på-kjenning oppstå på enhetene under denne fase på grunn av de mange forandringer i strømningstilstandene og på grunn av det faktum at størstedelen av enhetens levetid går med under denne arbeidsfase.

Den annen arbeidsfase for tetningsenhetene som skaper påkjenninger har man når enhetene virkelig utfører det arbeid verktøystrengen skal gjøre i brønnen. Under denne fase av ar-beidet er det meget vanskelig å benytte trykkforskjeller så

høyt som 350 kg/cm 2. Dessuten blir trykkstøt ofte anvendt for å skape en ristevirkning når verktøyene skal utføre bestemte operasjoner. Det tas sikte på at betydelig høyere trykkforskjeller og også høyere temperaturer vil herske under fremtidige vedlikeholdsoperasjoner på brønner under anvendelse av slike tetningsenheter.

Tetningsenheter som benyttes for å drive verktøyet

i ledninger må være i stand til å skape effektiv tetning mot ledningens vegger tilstrekkelig til at verktøystrengene kan pumpes til og fra et arbeidssted og til at verktøyet kan utføre det nødvendige arbeid i brønnboringen mens de samtidig ikke fullstendig blokkerer strømmen gjennom ledningen. Slike enheter må derfor være i stand til å slippe forbi en regulert mengde fluidum ved en gitt trykkforskjell for en rekke formål, innbefattende vasking foran verktøystrengen for å skjære vekk parafin, for å tillate trykk å nå andre stempler i verktøystrengen på nedstrømsiden, for å drive ytterligere tetningsenheter enten i verktøystrengen eller i en annen verktøystreng som man må

pumpe inn i ledningen i det tilfelle da den første verktøystreng er kilt fast og også for å eliminere muligheten for fullstendig tilstopning av ledningen.

Eksisterende tetningsenheter som man har til rådighet svikter i størst grad på grunn av at leppene bryter av mer enn jevn slitasje. Det antas at slike enheter er blitt utsatt for påkjenninger ut over det de er beregnet for.

Påtenkte fremtidige krav til tetningsenheter for frem-drift av verktøystrenger innbefatter strenge kjemiske, termiske trykk og levetidkrav innenfor på forhånd antatte betingelser. Når det gjelder de kjemiske omgivelser som slike enheter må arbeide i vil man ha H^S i konsentrasjoner opptil så meget som 50%, C02i økende innhold, med omfattende bruk av korrosjons-inhibitorer som beskytter metallet, men har tilbøyelighet til å skade de elastiske deler av tetningsenheten og anvendelse av .tørr gass som fremdriftsfluidum. Varmemessig må man vente at tetningsenhetene kan støte på temperaturer så lave som -5.2°C til opptil 83°C under lagring og under bruk temperaturer så høye som 121°C til 260°C. Idag støter slike tetningsenheter på fluider som innbefatter crude olje, vann, saltvann, dieselolje, kondensat, lette oljer med inhibitorer eller tilsetninger og gasser innbefattende metan, etan, butan og beslektede gasser og forskjellige forurensninger som P^S, CO^, kaustiske stoffer,

■klorider og inhibitorer, såsom alkoholer, aminer og liknende. Kravene som stilles til tetningsenhetene når det gjelder trykk, kan som tidligere nevnt, være opptil 350 kg/cm<2>ved omgivende trykk som kan overstige 1750 kg/cm 2. Kravene til levetid for slike enheter for at ikke omkostningene skal bli for store på grunn av at utstyret svikter for tidlig, er overordentlig høye. For eksempel bør slike enheter kunne bevege seg 75 km som et minimum for standard operasjoner før de skiftes ut og opptil så meget som 300 km under optimale betingelser og ikke

.mindre enn 15 km under ekstremt harde forhold. Det kan forlanges at de skal bevege seg så meget som 30 timer over en distanse på 18 km ved opptil 260°C og 1750 kg/cm med så godt som ingen

gjennomslipning ved så høye trykkforskjeller som 35 kg/cm 2 når kalibreringsundersøkelser utføres i ekstra dype brønner. I ledninger vil man vente at enheten kan bevege seg opptil 320 km for kalibrering, rensing, skraping, plastbelegning, lokalisering av lekkasjer og liknende. Under noe arbeid under vann kan man vente at en verktøystreng innbefattende tetningsenhetene, kan forbli i brønnen i brønnvæskeomgivelser for så lenge som 90 dager

mellom hver gang utstyret brukes.

Brønnpakninger benyttes for å fordrive fluidum fra brønnene, for å omrøre fluidum i brønnene og for liknende formål. Pakningene blir normalt skjøvet eller drevet mekanisk langs en brønn av en kabel eller en rørformet håndteringsstreng. Pakninger som er tilgjengelige idag er ikke bare util-strekkelig som pakninger, men er heller ikke beregnet for de ekstreme krav som man stiller til nedpumpningsstempler.

Det er derfor en hovedhensikt med foreliggende oppfinnelse å komme frem til en ny og forbedret tetningsenhet av stempeltypen for anvendelse som et drivmiddel drevet av et fluidum for føring av verktøy langs en leder eller som en brønn-pakning som skal løfte væske fra brønnene.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å komme frem til en stempelenhet av den beskrevne art der det benyttes en kombi-nasjon av fleksible ringformede lepper og en deformerbar strupering der trykkforskjellen som lasten utgjør på tetningen over-føres fra leppene til struperingen når trykkforskjellen øker over en på forhånd bestemt verdi.

Nok en hensikt med oppfinnelsen er å komme frem til en tetningsenhet av den beskrevne art der leppene vider seg ut mot ledningens vegg for å hindre væske i å passere forbi ved lave trykkforskjeller mens leppene former seg slik at de tillater en på forhånd bestemt strømning forbi ved midlere trykkforskjeller, og strupedelen av tetningsenheten blir utvidet ved høyere trykkforskjeller, noe som overfører den kraft som utøves på tetningsenheten på grunn av trykkforskjellen fra leppene og stort sett over til struperingen.

Videre er det en hensikt med oppfinnelsen å komme frem til en tetningsenhet av den beskrevne art der både leppene og struperingen på enheten tillater forbistrømning langs ledningen rundt enheten ved høyere trykkforskjeller.

Nok en hensikt med oppfinnelsen er å komme frem til en tetningsenhet av den beskrevne art der utvidelsen av struperingen er bestemt av den tillatte bevegelse av en monteringshylse som skal sørge for en på forhånd bestemt forbistrømning av fluidum rundt struperingen.

Det er dessuten en hensikt med oppfinnelsen å komme frem til en tetningsenhet av den beskrevne art der den finneformede eller leppeformede del av enheten er forbundet med en i lengderetningen bevegelig hylse som utøver en utvidende kraft på enhetens strupeparti når trykkforskjellen over finnedelen overskrider en på forhånd bestemt verdi, for derved å utvide struperingen for overføring av en hoveddel av den last som skyldes trykkforskjellen på enheten fra den finnede seksjon til strupeseksjonen.

Ennu en hensikt med oppfinnelsen er å komme frem til en stempelenhet av den beskrevne art der strupeseksjonen av• enheten utvider seg tilstrekkelig når alle finnene på enheten er foldet over på grunn av en trykkforskjell for strupeseksjonen for derved å muliggjøre tilstrekkelig begrensning av strømning for å bære hoveddelen av en last som skyldes trykkforskjellen på enheten.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å komme frem til en stempelenhet av den beskrevne art med finner eller lepper som har et spesielt firkantet tverrsnitt med økning mot roten av finnen for å gi en jevn ombretning og for å gi tilstrekkelig kantmateriale til slitasje..

Videre er det en hensikt med oppfinnelsen å komme frem til en tetningsenhet av den beskrevne art der den finnede del av enheten er tettet med en O-ring mot doren i enheten, hvorved tverrsnittet mellom roten på finnene og O-ringtetningen blir påvirket av trykkforskjeller som frembringes av den ekspan-derte strupning av enheten på grunn av en kraft som holder struperingen utvidet.

Ennu en hensikt med oppfinnelsen er å komme frem til en utførelsesform for en stempelenhet av den beskrevne art innbefattende en glidbar hylse på en dor og tetningsmidler, omfattende en flerhet av ringformede lepper eller finner og en utvidbar ringformet strupning montert på hylsen og forbundet med tetningsmidlene over lengden av leppeseksjonen og omtrent over halvparten av strupeseksjonen.

Videre er det en hensikt med oppfinnelsen å komme frem til en stempelenhet av den beskrevne art med tetningsmidler omfattende en enhet ringformet elastisk del med en finnet seksjon eller en leppeformet seksjon og en deformerbar strupeseksjon.

Videre er det en hensikt med oppfinnelsen å komme

frem til en stempelenhet av den beskrevne art der enheten har ringformede elastiske tetningsmidler med en første finneseksjon eller leppeseksjon og en andre adskilt deformerbar strupe-seks j on.

En hensikt med oppfinnelsen er også komme frem til

en stempelenhet av den beskrevne art innbefattende et elastisk ringformet tetningsmiddel beregnet for hardhendt arbeid ved høyt trykk, der en del av strupeseksjonen er bundet til en hylse uten noen stiv ringformet støtteseksjon.

Dessuten er det en hensikt med oppfinnelsen å komme frem til en stempelenhet av den beskrevne art med et ringformet tetningsmiddel, der en del av den deformerbare strupeseksjon er bundet til en hylseseksjon med en utvendig ringformet støtte-flens.

En videre hensikt med oppfinnelsen er å komme frem til en stempelenhet av den beskrevne art med en ringformet,elastisk tetning innbefattende en første finnet eller leppeformet seksjon bundet til en i lengderetningen bevegelig hylse som sitter på

en dor og en adskilt deformerbar strupeseksjon i avstand fra den førstnevnte seksjon og bundet til ringformede flensliknende støttedeler som er glidbare på doren for sammentrykning av strupeseksjonen slik at denne utvider på grunn av en i lengderetningen virkende last på den finnede seksjon.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjen-gitte trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under henvisning til tegningen der: Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennorn en utførelsesform for en stempelenhet med de trekk oppfinnelsen innebærer,

fig. 2 viser et stykke av en verktøystreng sett fra siden, der det anvendes to stempelenheter for bevegelse langs en ledning,

fig. 3 viser, i forstørret målestokk, et bruddstykke

av tetningselementet på stempelenheten som er vist på fig. 1, der det er gjengitt hvorledes leppene bøyer seg over og strupeseksjonen utvides når enheten blir utsatt for en trykkforskjell som skal forskyve stemplet langs ledningen,

fig. 4 viser i snitt et bruddstykke av en annen ut-førelsesform for en stempelenhet med de trekk oppfinnelsen innebærer,

fig. 5 viser i snitt et bruddstykke av en ytterligere

form for stempelenhet i henhold til oppfinnelsen,

fig. 6 viser ennu en utførelsesform sett i snitt

gjennom en stempelenhet i henhold til oppfinnelsen,

fig. 7 viser et bruddstykke i snitt tatt av nok en

utførelsesform for en stempelenhet i henhold til oppfinnelsen og fig. 8 viser et bruddstykke av et snitt av en modifi-sert utførelsesform for det eksempel som er vist på fig. 7-

På fig. 1 ser man at en tetningsenhet eller et stempel 10 som er utført i henhold til oppfinnelsen, innbefatter en dor

11 med et utvendig gjenget parti 12 som har mindre diameter

og hvorpå det er fastskrudd en borkappe 13 • Doren har et midtparti 14 med en mindre diameter,og her sitter en monteringshylse 15 som er glidbart lagret med begrenset bevegelse i lengderetningen. Det mindre parti 14 strekker seg fra en utvendig ringformet stoppskulder 20 på doren mot det gjengede parti 12. Det samme tynnere parti 14 er forsynt med en utvendig ringformet fordypning 21 hvori det finnes en ringformet pakning 22 som tetter rundt partiet 14 mot monteringshyIsen 15.

Et ringformet elastisk tetningselement 23 er montert på doren 11 over monteringshyIsen 15- Tetningselementet som er vist på fig. 1, er en sammenhengende del med en flerhet av utvendige ringformede lepper eller finner 24 som står i avstand fra hverandre i lengderetningen, og som er utformet langs lengden av en rørformet kjerne 25 som er forbundet med en deformerbar strupering 30. Struperingen 30 har et utvidet sentralt boss 30a. Tetningselementet 23 er bundet til monteringshyIsen 15 som strekker seg over hele lengden av leppeseksjonen av elementet og omtrent en halvdel av strupningen 30. Den frie ende av struperingen 30 er understøttet på en ringformet støtteinnsats 31

med en hylsedel 32 som passer inn i struperingen 30. Støtteinn-satsen har en flensdel 33 som passer mot endekanten av struperingen 30. Lengden av støtteinnsatsen 31 langs hylsedelen 32

er avpasset slik at det fremkommer et gap 34 i struperingen mellom den indre endekant 32a av hylsedelen 32 og den tilstøt-ende endekant 15a av monteringshylsen 15 for å tillate en begrenset bevegelse av hylsen 15 i lengderetningen mot støtteinn-satsen som forklart mer i detalj i det følgende.

Hver av finnene eller leppene 24 på det elastiske element 23 har en stort sett kvadratisk ytre kantform 24a som inneholder tilstrekkelig materiale av hensyn til slitasje som skyldes friksjonen mellom ledningens vegg og tetningselementet. Tverrsnittet av hoveddelen av hver av finnene 24 som er betegnet med 24b, øker i tykkelse målt langs lengdeaksen eller lengden av elementet 23 radielt innad mot roten av hver finne ved den hylseformede kjerne 25. Dette økende tverrsnitt på finnene får finnene til å oppføre seg stort sett på samme måte som en bjelke med konstant spenning, slik at man får en bestemt eller ensartet ombøyning av finnene. Elementet 23 er laget av en elastomer som er i stand til å arbeide under vanskelige kjemiske,termiske og trykkbetingelser som hersker der stempelenheten skal anvendes.

En elastomer som kan benyttes er polyuretan.

Hver av de motstående ender av stemplet 10 er forsynt med en passende kopling, såsom en kule eller skål, ikke vist,

for tilknytning av stemplet til en verktøystreng som skal pumpes ned. En slik verktøystreng 40 er vist på fig. 2, her anbrakt for bevegelse langs en typisk innføringsledning eller utførings-sløyfe 4l som benyttes i et nedpumpningssystem for en brønn..

Som vist på fig. 2 er to av stempelenhetene 10 koplet i tandem med en &reng av verktøy 42, 43, 44, 45. Hver av stempelenhetene 10 kan være forsynt med en standard kuleleddkopling 50 ved en ende og en skål 51 ved den motstående ende som vist på side 22

i Otis Engineering Corporations katalog nr. OEC 51133vedrørende pumpeutstyr, publisert i mai 1975-

Hvert kuleledd danner naturligvis et universalledd sammen med den tilstøtende skål i en stempelenhet eller et tilsluttet verktøy. De forskjellige verktøy 42-45 kan omfatte mange kombinasjoner av en familie av nedpumpbare verktøy innbefattende enheter som sikkerhetsventiler, reguleringsventiler, parafinskjærere, trekkverktøy, hydrauliske vibratorer, akseleratorer og liknende som vist i den katalog som er nevnt ovenfor. Alt etter den bestemte belastning eller de krav man stiller

til kraften i de arbeidstrinn som skal utføres kan flere stempelenheter 10 koples i tandem for forskyvning av en verktøystreng langs en ledning. Som vist på fig. 2 er to slike stempelenheter 10 koplet sammen med en streng på fire verktøy som skal drives gjennom ledningen 4l. Da stemplene 10 er retningsbestemte på

den måte at de kan pumpes i én retning og slippe forbi fluidet

med den annen retning er det nødvendig å kople inn stempler som vender i begge retninger hvis man ønsker å pumpe en verktøy-streng til et bestemt sted i en brønn, og deretter skal føre verktøystrengen tilbake til overflateenden av.brønnen. Hvis f.eks. en enkel stempelenhet er i stand til å føre verktøy-strengen i én retning ville de to stempelenheter som er vist på fig. 2 vende i motsatte retninger for å gjøre det mulig å pumpe verktøystrengen i begge retninger i ledningen. I alminnelighet kan man si at mer enn en stempelenhet blir inkludert i hvert sett som installeres i en gitt retning.

Under bruk av stempelenheten 10 er en eller flere av enhetene koplet til en verktøystreng for nedpumpning som vist på fig. 2,og stemplene skal forskyve verktøystrengen gjennom ledningen 41 ved utøvelse 'av fluidumtrykk i ledningen bak verk-tøystrengen. Ledningen kan være en del av omfattende brønn-installasjoner av den art som er beskrevet i Otis Engineering Corporations katalog som er nevnt ovenfor. Pluidumtrykket ut-øves i ledningen bak verktøystrengen, f.eks. ved et brønnhode, for å sette opp en trykkforskjell over tetningselementet 23

på stemplet 10. Ved at fluidumtrykk utøves bak stemplet vil trykke't mot finnene eller leppene 24 drive leppene forover mot strupeseksjonen 30, noe som får finnene til å vide seg ut og komme i tettende anlegg mot ledningens innside. Trykket økes til det nivå det er behov.for for å føre verktøystrengen gjennom ledningen med en tilfredsstillende hastighet med hensyn til sikkerhetskrav og riktig behandling av verktøyene. Verktøy-strengen skal med andre ord ikke pumpes rned så høy hastighet at verktøyet skades eller eventuelt ikke funksjonerer riktig, og heller ikke skal deler av brønnsystemet utsettes for påkjenninger.

Vanligvis vil trykkforskjellen over stemplene for transport av verktøystrengen ligge i området fra 7 kg/cm 2 til 21 kg/cm 2 avhengig av størrelsen på verktøystrengen. Etterhvert som belastningen som skyldes trykkforskjellen over tetningselementene øker vil flere og flere lepper bli bøyet ut i anlegg mot ledningens innside inntil den maksimale trykkforskjell nås før fluidum driver forbi langs leppene. Ved denne maksimale trykkforskjell som kan tåles a-v tetningselementene før de slipper forbi fluidum bæres den totale trykkforskjell i på forhånd bestemte inkrementer av hver av leppene. I. det minste teore-tisk skal da, når maksimal trykkforskjell er nådd og fluidum fremdeles ikke passerer forbi tetningselementene, samtlige lepper være bøyet ut i tettende anlegg mot ledningens innside. Under transport av verktøystrengen er det nødvendig at kraften fra trykkforskjellen over stemplet overvinner friksjonsmot-standen mot verktøystrengens bevegelse langs ledningen sammen med ytterligere motstander som man kan støte på ved kraver, sveisede forbindelser, mindre innvendige diametre, sløyfer ved overgangene mellom hovedsakelig horisontale og hovedsakelig vertikal bevegelse og andre avvikelser og innsnevringer langs ledningens lengde.

Når arbeidsstrengen skal utføre arbeid ut over det som er nødvendig for å bevege strengen langs ledningen, økes trykkforskjellen til det nivå som er nødvendig for utførelse av slikt arbeid. Som tidligere nevnt kan dette gå opp i store verdier som 350 kg/cm 2 med omgivende trykk som kan være sa høye som 1750 kg/cm 2eller mer og ved høye temperaturer. Selv om

det oppstår betydelig slitasje rundt tetningselementenes finne-kanter under transportfasen for stemplene kan betydelige skader oppstå langs finnene under de overordentlig høye trykkforskjeller man må ha for at verktøystrengen skal utføre det nødven-dige arbeid. Den spesielle utførelse av den foreliggende stempelenhet der hoveddelen av den last som skyldes trykkforskjellen overføres fra finneseksjonen i tetningselementet til strupeseksjonen reduserer slike skader på finnene ved de høye trykkforskjeller. Etterhvert som trykkforskjellen økes for ut-førelse av det nødvendige arbeid bøyer eller formes finnene forover og innad i en nedstrømretning mot bevegelsesretningen for verktøystrengen. Finnene bøyer seg forbi sentret så å si slik at finnene begynner å trekke seg tilbake fra innsiden av ledningen og tillater fluidum å passere langs finnenes kanter inne i selve ledningen. Når trykkforskjellen øker, kommer den nye utførelse.av stempelenheten i virksomhet. Trykkforskjellen som utøves over tetningselementet 23 er effektiv over et ringformet område mellom roten av finnene og linjen der man har tettende anlegg mellom O-ringretningen 22 og innsiden av monteringshylsen 15 når forbistrømning finner sted langs finnene på grunn av at disse bøyer seg. Den effektive kraft som utøves

på dette ringformede areal av trykkforskjellen driver monteringshylsen 15 og den del av tetningselementet 23 som er bundet til hylsen, i lengderetningen langs doren 11 i stemplet mot strupeseksjonen 30. Den frie ende av strupeseksjonen sitter på støtteinnsatsen 31 som begrenser bevegelsen av strupningen slik at monteringshylsen utøver en langsgående sammenklemning på strupningen, slik at struperingen utvides radielt og ytterligere begrenser dét ringformede strømningsrom rundt struperingen inne i ledningen. På det'tidspunkt da alle finner 24 er om-bøyet, er struperingen ekspandert tilstrekkelig til å danne en begrensning av strømning som overfører en hoveddel av belastningen som skyldes trykkforskjellen over elementet 23 til struperingen i stedet for som belastning av finnene. Monteringshylsen 15 er bevegelig mot struperingen inntil endekanten 15a på

hylsen kommer i anlegg mot endekanten 32a på støtteinnsatsen, slik at gapet 34 mellom disse deler lukkes. Tetningselementet 23, lengden av gapet 34 mellom hylsen 15 og støtteinnsatsen samt tilhørende deler av stempelenheten er beregnet på å .begrense ekspansjonen av struperingen 30 til å sørge for forbistrøm-ning rundt struperingen i ledningen når struperingen er fullt ekspandert ved den maksimale bevegelse av monteringshylsen. Denne tilstand er vist på fig. 3 der man ser finnene 24 ombøyet innad bort fra veggen av ledningen slik at væske kan strømme forbi finnene,og struperingen har maksimal begrenset utvidelse og ligger i avstand fra veggens innside på grunn av anlegget mellom monteringshylsens endekant 15a og endekanten 32a på støtteinnsatsen.

Det er viktig at struperingen ikke ekspanderer tilstrekkelig til at den stenger av det meste eller all strøm av fluidum, og det er tidligere nevnt en rekke årsaker til dette innbefattende behov for en stadig mulighet til strømning langs ledningen for å pumpe inn andre verktøystrenger og liknende sammen med uønskede virkninger av en fullstendig avstengning ved hjelp av struperingen. Hvis f.eks. struperingen stenger av mesteparten av strømningsmulighetene vil finnene slappe av og dermed redusere ekspansjonskraften hylsen 15 utøver på struperingen og dermed få denne til å slappe av og trekke seg sammen og dermed miste- trykk, slik at finnene igjen trer i virksomhet ved sin ekspansjon og igjen trykker struperingen sammen for avstengning. Denne syklus frembringer støttil-stander som man ikke kan si noe om og skaper uønskede trykk-svingninger. Strømningshastighet/trykkforskjell/forbistrøm-ningsforholdet kan etter valg forandres ved forandring av be-vegelsesgrensene for hylsen 15 ved å variere lengden av støtte-innsatsen og/eller støtteinnsatsens diameter, noe som vil variere det effektive gap der struperingen ekspanderer i strupeseksjonén. Dette forhold bør fortrinnsvis gi en strupe-ringekspansjon som fører til et trykkfall avpasset til å holde struperingen fullt ekspandert.

Man vil se at straks hylsen 15 er i anlegg mot støtte-innsatsen og skaper maksimal ekspansjon av struperingen 30 vil den fulle kraft fra trykkforskjellen over stempelenheten bli utøvet på doren 11, og denne kraft er da tilgjengelig for det arbeid som verktøystrengen skal utføre. Det økende tverrsnitt av finnene mot deres røtter bringer finnene til å ombøyes jevnt og likt. Sålenge trykkforskjellen holdes over det nevnte nivå som holder struperingen 30 fullt ekspandert vil finnene forbli ombøyet, som vist på fig. 33og forbiled-ning vil finne sted langs ledningen rundt stemplets tetningselement 23- For å føre verktøystrengen tilbake fra arbeids-stedet i ledningen må naturligvis trykkforskjellens retning reverseres slik at finnene på de arbeidende stempler går tilbake i den motsatte retning, og stemplet inntar stort sett den tilstand som er vist på fig. 1 i hvilken elementet 23 er avslappet, mens stemplet 10 som vender i den motsatte retning i verktøystrengen,overtar belastningen og virker på samme måte som tidligere beskrevet for å trekke tilbake verktøy-strengen fra arbeidsområdet og for å føre verktøystrengen til overflateenden av brønnsystemet. Returbevegelsen kan naturligvis kreve visse ytterligere arbeidsfunksjoner i tillegg til transport av verktøystrengen langs ledningen. Hvis det f.eks. ■

.anvendes en form for drivende verktøy i et brønnsystem som

styres av verktøyet kan det bli nødvendig å frigjøre det drivende verktøy, lukke ventilen eller utføre andre funksjoner som krever en eller annen form for arbeid ut over det som går med til ganske enkelt å transportere verktøystrengen tilbake til overflaten. Under utførelsen av dette arbeid vil stemplet 10

som har tatt over belastningen, arbeide på samme måte som beskrevet tidligere.

Fig. 4-8 viser forskjellige former for oppbygning

av stemplet med bibehold av de karakeristiske trekk ved oppfinnelsen og de er utført forskjellige for å gi en viss valg-frihet når det gjelder stemplenes arbeidsegenskaper avhengig av den støttekonstruksjon og det tetningselement som anvendes.

På fig. 4 er et enhetlig tetningselement 23 som beskrevet tidligere, montert og bundet til hylsen 15 over lengden av den finneformede seksjon og omtrent over halvparten av strupeseksjonen. En støtteinnsats i form av en hylse 31A er innpasset i og bundet til endepartiet av struperingen 30 i avstand fra endekanten 15a på hylsen 15- Her har man ikke noen endeflens

på støtteinnsatsen 31A. Utover dette er utførelsen av stemplet som er vist på fig. 4, identisk med det stempel som er vist på fig..1. Denne form for stempel er egnet for anvendelse under hardt, vanskelig arbeid og ved høye trykkbetingelser.

Stemplet som er vist på fig. 5 har et tetningselement 23A som stort sett er identisk med tetningselementet 23, men det er i tillegg forsynt med en forsenket,innvendig ringformet fordypning 30b i endeflaten av struperingen 30. Tetningselementet 2-3A er montert på og bundet til hylsen 15 langs lengden av den finnede seksjon og over omtrent halvparten av gruppeseksjonen. En støtteinnsats 31B er innpasset i og bundet til endepartiet

av struperingen 30. Støtteinnsatsen 31B har et flensparti 33b som er innpasset i den forsenkede fordypning 30b på struperingen. Struperingen er bundet til støtteinnsatsen langs alle anleggsflater mellom denne og struperingen.

Den form for stempel som er vist på fig. 6 er geo-metrisk identisk med stempelenheten som er vist på fig. 1, med den nevnte forskjell at struperingen 30 er bundet til støtte-innsatsen 31.

Bindingen av strupeseksjonen av tetningen til støtte-innsatsen som særlig vist på fig. 5 og 6, fører til bevegelse av sliteområdet på struperingen til et sted på struperingens midtparti. Da struperingen er bundet både til hylsen 15 og til støtteinnsatsen, vil hoveddelen av den radielle utvidelse av struperingen finne sted langs dette midtparti.

Den form for stempel som er vist på fig. 7 innbefatter et tetningselement som har en seksjon 23B med finner og en uavhengig adskilt strupeseksjon 30A. Ribbeseksjonen er montert på •og bundet til hylsen 15. Strupeseksjonen 30A er understøttet mellom og bundet til et par støtteinnsatser 31C og 31D som er identiske idet den ene er speilbilde av den annen, og de ligger ved motstående endepartier av struperingen. Finneseksjonen 23B har en endekantleppe 23c som stikker forbi endekanten av hylsen 15 for å sikre en fluidumtett tetning mot støtteinnsatsen 31D når trykkforskjellen som utøves på stemplet driver den finnede seksjon med hylsen 15 mot struperingen 30A. Den spesielle stempel-utførelse som er vist på fig. 7 skaper en mulighet for ytterligere bevegelse eller arbeidsslag på grunn av de adskilte støtte-innsatser som står i- avstand fra hverandre. Dessuten tillater anvendelse av den adskilte strupeseksjon 30A reversering eller utskiftning av struperingen uavhengig av den finnede seksjon hvis slitasjen er for stor eller for ujevn. Når stempelenheten som er vist på fig. 7 er i bruk, vil en trykkforskjell over stemplet tvinge den finnede seksjon sammen med hylsen 15, mot struperingen. Den finnede seksjon og hylsen driver støtteinn-satsen 31D mot støtteinnsatsen 31C slik at struperingen 30A klemmes mellom disse og bringer ringen til å utvide seg radielt for begrensning av strømningsrommet.rundt struperingen i ledningen som forklart tidligere. De andre trekk ved stemplet som

■er vist på fig. 7 er identiske med de som man finner på fig. 1.

Fig. 4 viser en ytterligere utførelsesform for en stempelenhet med trekkene i henhold til oppfinnelsen, og det benyttes her adskilt finnet tetningselement og strupeseksjon.

Et finnet tetningselement 23C er montert på og bundet til en hylse 15A. Den endekant på tetningselementet som vender mot struperingen ligger an mot en utvendig stoppskulder 15d som er utformet på hylsen 15A. En separat strupeseksjon 30B er montert mellom og er bundet til et par støtteinnsatser 31E og 31F som er identiske når det gjelder detaljer og er speilbilder av hverandre for understøttelse av motstående ender av strupeseksjonen. Støtteinnsatsene og strupeseksjonen er satt løst sammen uten binding på endepartiet av hylsen 15A som stikker forbi hylseflensen 15d. De andre trekk ved stempelenheten som er vist på fig. 8 er identiske med de som er vist på fig. 1. Utøvelse av en trykkforskjell over stemplet som er gjengitt på fig. 8, driver den finnede seksjon 23c sammen med hylsen 15a, mot struperingen 30B. Hylseflensen 15d driver støtteinnsatsen J>1F mot støtteinnsatsen 31E når hylsen glir i støtteinnsatsen 31E.

Dette klemmer sammen struperingen 30B mellom støtteinnsatsene slik at ringen utvider seg radielt og danner den ringformede begrensning rundt struperingen inne i ledningen som forklart tidligere, slik at struperingen opptar hoveddelen av den belastning som utøves på stempelenheten av trykkforskjellen over denne. På samme måte som når det gjelder enheten på fig. 7, muliggjør den adskilte strupeseksjon utskiftning og.ombytning til utlikning av for stor eller ujevn slitasje.

De forskjellige former for stempelenheter som her er vist er også hensiktsmessige som brønnplugger for løfting av brønnvæsker, omrøring av brønnvæsker og liknende i en brønn-boring. Som. brønnplugg kan hver av stempelenhetene være opp-hengt mekanisk i en kabel eller en stiv håndteringsstreng, f.eks. et rør. Ved løfting av strømvæskene vil væskelasten over stempelenhetene utøve en virksom belastning som skyldes trykkforskjellen over tetningselementet slik at finnene bøyes og monteringshylsen drives for å ekspandere strupeseksjonen som forklart tidligere. Ved senkning av stempelenheten går strupeseksjonen først ned med finnene foldet innad for å tillate forbipassering av fluider slik.at stemplet kan bevege seg gjennom væsken uten påvirkning på struperingen. Idet enheten løftes blir finnene belastet og de bøyes ut for å løfte væsker og for å virke på og utvide struperingen. Den kontrollerte forbipassering langs struperingen er effektiv på grunn av den begrensede bevegelse av monteringshylsen. Graden av forbipassering blir naturligvis bestemt av hylsens bevegelse som avpasses for hver enkelt stempelenhet.

Man vil se at hver av de forskjellige utførelsesformer for stempelenheter i henhold til oppfinnelsen som er beskrevet og vist skaper en lastoverføring fra en finnet seksjon til en strupeseksjon når en trykkforskjell virker over stemplet, og dette reduserer slitasje på finnene. I hver av stempelutførelsene har monteringshylsen som bærer den finnede seksjon en begrenset bevegelse, og denne bevegelse utvider struperingen tilstrekkelig til at det oppstår en begrensning av strømmen, noe som over- fører den effektive belastning fra finnene til struperingen, samtidig med at ekspansjonen av struperingen begrenses for at man skal få det nødvendige strømningsrom rundt denne i ledningen.

Claims (21)

1. Tetningsenhet av stempeltypen beregnet for bevegelse i en ledning, karakterisert ved at den omfatter en dor, et ringformet finnet tetningselement på doren, og en ringformet strupering på samme i tandem med det finnede tetningselement, hvilket tetningselement er innrettet til å kraftpå-virke struperingen for å utvide denne ved utøvelse av en trykkforskjell over det finnede tetningselement.

2. Stempel beregnet på å bli beveget gjennom en ledning, karakterisert ved at det omfatter en dor, en monteringshylse understøttet på doren for begrenset bevegelse i lengderetningen, et ringformet tetningselement som sitter på hylsen for utvidelse og sammentrekning ved utøvelse av fluidumtrykk på stemplet i en ledning, hvilket tetningselement i tandem har en finnet seksjon og en strupeseksjon, der den finnede seksjon er festet til monteringshylsen for bevegelse av denne langs doren mot strupeseksjonen ved utøvelse av en trykkforskjell over stemplet, anordninger mellom monteringshylsen og strupeseksjonen for utøvelse av en i lengderetningen rettet kraft fra monteringshylsen på strupeseksjonen for radiell utvidelse av denne på grunn av den nevnte trykkforskjell over stemplet, og støtteinnsatser som er i anlegg med strupeseksjonen for å holde denne mot bevegelse på doren bort fra den finnede seksjon, hvorved strupeseksjonen blir klemt slik at den radielt utvider seg ved bevegelse av monteringshylsen mot strupeseksjonen.

3- Stempel som angitt i krav 2, karakterisert ved at tetningselementet er en enhetlig konstruksjon der den finnede seksjon av tetningselementet omfatter.' en flerhet av finner som står i avstand fra hverandre i lengderetningen og som ved en ende er forbundet med strupeseksjonen som på sin side er en ring med et sentralt utvidbart parti.

4. Stempelenhet som angitt i krav 3, karakterisert ved at bevegelse av monteringshylsen i lengderetningen er begrenset ved anlegg mellom en ende av denne hylse og den nevnte støtteinnsats, og at avstanden mellom monterings hylsen og støtteinnsatsen i ubelastet tilstand er av en på forhånd bestemt verdi som begrenser bevegelsen av monteringshylsen til en avstand beregnet på å begrense utvidelsen av strupeseksjonen til en maksimum diameter i ledningen som gir et ringformet rom rundt strupeseksjonen, der fluidum kan passere langs denne seksjon inne i ledningen og i mengde tilstrekkelig til å holde strupeseksjonen utvidet.

5. Stempelenhet som angitt i krav 4, karakterisert ved at den del av strupeseksjonen som vender mot den finnede seksjon er bundet til monteringshylsen.

6. Stempel som angitt i krav 5, karakterisert v e d at det endeparti. av strupeseksjonen som vender fra den finnede seksjon er bundet til støtteinnsatsen.

7. Stempel som angitt i krav 6, karakterisert ved at støtteinnsatsen er en hylse som er anbrakt i det frie endeparti av strupeseksjonen.

8. Stempel som angitt i krav 7, karakterisert ved at hylsen innbefatter en utvendig ringformet flens som er i anlegg med den frie endekant av strupeseksjonen.

9. Stempel som angitt i krav 7, karakterisert ved at støpeinnsatsen innbefatter en utvendig ringformet flens som er forsenket i den frie ende av . strupeseksjonen.

10. Stempel som angitt i krav 2, karakt e r i ■-sert ved at strupeseksjonen er adskilt fra den finnede seksjon.

11. Stempel som angitt i krav 10,' karakterisert ved at strupeseksjonen er en symmetrisk del som kan reverseres for utlikning av for stor og ujevn slitasje.

12. Stempel sorn angitt i krav 11, karakterisert ved at støtteanordningen omfatter et par støtte-ringer som står i avstand fra hverandre og som er anbrakt på doren for understøttelse av strupeseksjonen mellom ringene og for sammenklemning av denne seksjon, slik at denne utvider seg når endekanten av monteringshylsen som vender mot strupeseksjonen kommer i anlegg mot støtteringen som vender mot den finnede seksjon.

13. Stempel som angitt i krav 12, karakterisert ved at endepartiet av monteringshylsen ved strupeseksjonen beveges teleskopisk inn i innsåtsringene, og at mon teringshyIsen innbefatter en utvendig ringformet arbeidsflens anbrakt mellom en endekant på.den finnede seksjon og den til-støtende støttering.

14. Stempel for forskyvning ved hjelp av trykk gjennom en ledning, karakterisert ved at det omfatter en dor, koplingsanordninger på doren for innkopling av stemplet i en verktøystreng, hvilken dor har en redusert diameter over et stykke av sin lengde og er forsynt med en stoppskulder ved en ende av dette stykke, en langsgående bevegelige monteringshylse på dorens reduserte parti, hvilken monteringshylse har en første endekant som kan komme i anlegg mot stoppskulderen på doren og er innrettet til på forhånd bestemt bevegelse i lengderetningen på dorens reduserte parti, hvilket reduserte parti av doren har en utvendig ringformet fordypning liggende inne i monteringshylsen med en tetningsring anbrakt i fordypningen rundt dorens reduserte parti for tetning mellom dorens reduserte parti og innsiden av monteringshylsen, et ringformet tetningselement anbrakt på doren rundt monteringshylsen,og omfattende en første finnet seksjon med en flerhet av utvendige ringformede finner som står i avstand fra hverandre i lengderetningen og i tandem med disse i en andre strupeseksjon som er beregnet på å utvides radielt til begrensning av fluidumstrøm langs ledningen rundt stemplet når en trykkforskjell hersker over dette i ledningen, idet finnene på den finnede seksjon av tetningselementet :hver omfatter en utvendig ringformet del med en om-løpende leppe for anlegg mot ledningens innside,og en hoveddel som støtter leppen og har progressivt økende tykkelse mot rot-partiet av finnen målt i tetningselernentets lengderetning for ensartet ombøyning på grunn av en trykkforskjell, og støtteinn-satser på det reduserte parti av doren ved den frie ende av strupeseksjonen for dannelse av en stoppanordning på denne seksjon vendt bort fra den- finnede seksjon, hvorved strupeseksjonen ved sammenklemning i lengderetningen utvides radielt utad ved bevegelse av monteringshylsen mot strupeseksjonen frembrakt ved trykkforskjellen som hersker på stemplet, idet støtteinnsatsene og enden av monteringshylsen ved strupeseksjonene står i avstand fra hverandre'for å tillate på forhånd bestemt bevegelse av støttehylsen mot strupeseksjonen til begrensning av den radielle utvidelse av strupeseksjonen til en diameter som i en ledning etterlater en på forhånd bestemt ringformet strømningspassasje rundt strupeseksjonen inne i ledningen, og at finnene på det første tetningselement er innrettet til å ombøyes i en retning mot strupeseksjonen til stillinger som tillater fluidumstrøm forbi finnene i ledningen, hvilken støttehylse er innrettet til maksimal bevegelse mot strupeseksjonen for maksimal utvidelse av strupeseksjonen når alle finner er ombøyet for forbistrøm-ning av fluidum, slik at det.oppstår et trykkfall over stemplet avpasset for å holde strupningen på maksimal ekspansjon.

15. Stempel som angitt i krav 14, karakterisert ved at tetningselementet er en enhetlig konstruksjon med den annen strupeseksjon forbundet med den første finnede seksjon og med den finnede seksjon og en del av strupeseksjonen som vender mot den førstnevnte seksjon er forbundet med utsiden av monteringshylsen.

16. Stempel som angitt i krav 15, karakterisert v e d at støtteinnsatsen innbefatter en innvendig hylsedel som er tele-skopisk bevegelig i den frie ende av strupeseksj onen bort fra den finnede seksjon og er bundet til gruppeseksjonen, hvilken hylsedel har en innadrettet endekant i avstand fra nedstrøms-endekanten av støttehylsen, slik at det fremkommer et gap med på forhånd bestemt lengde til fastleggelse av bevegelsen av støttehylsen for maksimal ekspansjon av strupeseksjonen.

17- Stempel som angitt i krav 16, karakterisert v e d at støtteinnsatsen innbefatter en utvendig ringformet endeflens som er forsenket i den frie ende av strupeseksjonen.

18. Stempel som angitt i krav 16, karakterisert v e d at støtteinnsatsen innbefatter en utvendig ringformet endeflens som er i anlegg med den frie endekant av strupeseksj onen.

19. Stempelenhet som angitt i krav 14, karakterisert ved at strupeseksjonen av tetningselementet er en del som er adskilt fra tetningselementets finnede seksjon, og at støtteinnsatsen omfatter et par støtteringer som står i avstand fra hverandre på motstående sider av den separate strupeseksjon bundet til denne, slik at den understøttes, hvorved støtteringene blir klemt sammen ved bevegelse i lengderetningen av støttehylsen, for utvidelse av strupeseksjonen, og ved at den første finnede seksjon har en endekantleppe som stikker forbi endekanten av bærehylsen nær ved strupeseksjonen for dannelse av en tetning sammen med den tilstøtende støtteinnsatsring, således at den finnede seksjon og støttehylsen drives mot strupeseksjonen.

20. Stempel som angitt i krav 14, karakterisert ved at den annen strupeseksjon er en del adskilt fra den første finnede seksjon,mens støtteinnsatsen omfatter et par støtteringer som er understøttet, på motstående sider av strupeseksjonen på dorens' reduserte parti og er bundet til • strupeseksjonen for utvidelse av denne når støtteringene klemmes sammen på grunn av bevegelse av bærehylsen, og hvilken bære-hylse har et endeparti som er teleskopisk bevegelig i støtte-ringene, samt en utvendig ringformet flens som kan bringes i anlegg mot den av støtteringene som vender mot den førstnevnte finnede seksjon.

21. Stempel som angitt i krav 14, karakterisert ved - at de omløpende lepper av finnene på tetningselementet har stort sett kvadratisk tverrsnitt.