NO781497L - Apparat for detektering av en lekkasje i en ringformet tetning - Google Patents

Description

Apparat for detektering av en lekkasje i en ringformet tetning.

Foreliggende oppfinnelse angår et apparat for detektering av lekkasjer i en ringformet tetning, og mer bestemt angår den et apparat for detektering av lekkasjer i et pakningselement beliggende mellom et olje- eller gass-brønnhode og et innvendig rørelement som henger ned fra brønnhodet.

Fralandsborede råolje- og naturgassbrønner har ofte sine brønnhoder beliggende på sjøbunnen. Brønnhodet er vanligvis in-stallert ved montering på øvre ende av en streng av foringsrør som senkes ned i borehullet og støpes på plass. Brønnhodet har vanligvis form av en sylinder som har en skålformet boring som er innrettet til tettende opplagring av en innvendig, konsentrisk foringsrørstreng og et røroppheng som festes til øvre ende av fo-ringsrørstrengen før denne nedsenkes og før røropphenget settes på plass i brønnhodeskålen. Røropphenget har en utvidet diameter, og er innrettet til å opptas og understøttes i brønnhodeskålen. Røropphenget er utstyrt med et pakningselement rundt sin øvre omkrets for å danne en trykktett avsperring mellom foringsrørets utside og brønnhodets innside. Røropphenget har også en skålformet innvendig boring lik boringen i brønnhodet,og er innrettet til å bære neste rørstreng eller foringsrørstreng. På denne måte kan en rekke røroppheng opplagres over hverandre i et brønnhode, idet hvert røroppheng virker som opplagring for en suksessivt mindre, konsentrisk foringsrørstreng.

I mange av dagens brønn-avslutningssystemer er ringfor-mede paknings- eller tetningselementer plassert mellom brønnhodet og hvert røroppheng for å sikre en trykktett avsperring mellom disse. Det er viktig at gass, vann og andre fluider som kan trenge inn i noen av de ytre foringsrør, hindres fra å trenge inn i de indre foringsrør, og at fluider fra de indre foringsrør hindres fra å trenge inn i de ytre foringsrør. Hvert av pakningselementene må være konstruert til å tåle det maksimale brønntrykk, ettersom unormale trykk bringes under kontroll ved å stenge sikkerhetsventilene som er plassert over brønnhodet, og dette vil frembringe høyt trykk over de forskjellige tetninger. Det er derfor viktig å tette hvert pakningselement etter at det er montert for å være sikker på at det vil kunne motstå ethvert trykk som kan oppstå under drift av brønnen.

I henhold til kjent te^teteknikk benyttes et te^teverk-tøy som nedsenkes ved hjelp av borestrengen til en stilling på øvre parti av det indre foringsrør. En tetningsenhet lukker den øvre boring i den indre foringsrørstreng, og sikkerhetsventilen lukkes deretter rund"t borestrengen. Fluid under trykk innføres deretter i brønnhodet under sikkerhetsventilene. Trykket økes inntil trykkforskjellen over tetningen når det ønskede testnivå. Lekkasje i tetningen detekteres ved å registrere mengden av fluid som må tilføres for å opprettholde trykkforskjellen over tetningen. Dersom brønnhodet er fylt med fluid og fluidstrøm inn i brønnhodet opphører antas det at der ikke foreligger noen lekkasje og at tetningen er god. Ovennevnte teknikk har den ulempe at for at den skal kunne detektere en lekkasje i tetningen, må fluid fritt kunne strømme gjennom den defekte tetning med en registrerbar hastighet. Dersom rommet som normalt er under tetningen som testes er delvis fylt med sement eller slam, kan det hende at en defekt tetning ikke lar det lekke gjennom et fluid-volum som er tilstrekkelig til å detekteres ved hjelp av fluid-strømningsutstyret. En annen vanskelighet med denne fremgangsmåte er at de ytre foringsrør vanligvis har en lavere bruddstyrke enn de indre foringsrør, slik.at dersom trykket økes hurtig og tetningen er defekt,foreligger der en mulighet for at testemeto-den vil føre til at det ytre foringsrør brister.

En annen kjent tetnings-testemetode er vist i US patent nr. 3 872 713. I henhold til denne metode innføres en detektor-enhet med et antall følerarmer i boringen i det indre foringsrør like under tetningen. Boringen i det indre tetningsrør plugges for å hindre trykket i rommet over pluggen fra å bevirke at fluid strømmer ned i det indre foringsrør. Sikkerhetsventilene lukkes deretter for å danne et isolert rom over tetningen, og trykkfluid tilsettes rommet umiddelbart over tetningen. Dersom fluid lekker gjennom tetningen frembringer dette fluid et innadrettet trykk på utsiden av det innvendige foringsrør, hvilket fører til at dimen-sjonene til det indre foringsrør endres noe, og denne lille di- mensjonsendring registreres ved hjelp av detektorenhetens føler-armer. En ulempe med denne fremgangsmåte for detektering av en lekkasje i tetningen, er den omstendighet at der oppstår meget liten endring i det indre foringsrørs dimensjoner som følge av en trykkøking på foringsrørets utside, og disse endringer er 'ikke lett å detektere, særlig ved små lekkasjer i tetningen.

Foreliggende oppfinnelse for detektering av lekkasjer i en ringformet tetning i et brønnhode, innbefatter organer for å isolere boringen i et indre rørelement fra rommet direkte over ringtetningen, samt organer for å tilsette trykk på tetningens overside slik at det dannes en trykkforskjell over ringtetningen. En trykkpåvirkbar detektor som er anbragt under ringtetningen in-dikerer enhver lekkasje gjennom tetningen ved å detektere enhver trykkendring under tetningen som følge av trykket på tetningens overside.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under

henvisning til tegningen.

Figur 1 er et skjematisk sideriss, delvis i snitt, av en

undervannsbrønn i hvilken foreliggende oppfinnelse kan benyttes.

Figur 2 er et skjematisk snitt av en midtre del av et undersjøisk brønnhode, og viser apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse i stilling for detektering av lekkasjer i et tetnings-eller pakningselement.

På figur 1 er vist en fralandsbrønn méd en flytende plattform 10 av den type som brukes for å produsere olje og gass fra brønnen. Plattformen 10 holdes over vannflaten 11 ved hjelp av et antall flottører 12, og ned fra plattformen 10 strekker seg en rørenhet 14 som i sin øvre ende er forbundet med en klokke-nip-pelenhet 16.Rørenheten 14, omfatter et stigerør 18 som strekker seg mellom plattformen 10 og en gruppe sikkerhetsventiler 20. Sikkerhetsventilgruppen 20 er montert på et brønnhode 22 som bæ-rer et antall foringsrørstrenger 24 som strekker seg ned i et borehull 26 som er utboret i en del av sjøbunnen 28. Forings-rørstrengene 24 er forankret i stilling ved hjelp av betong 30 som er pumpet inn i ringrommet mellom borehullet 26 og det ytre foringsrør 32.

Detaljer ved det sylinderformede brønnhode 22 er vist i det skjematiske midtre snitt på figur 2. Nedre ende av brønn-hodet 22 er skrudd over øvre ende av en ytre foringsrørstreng 32 som strekker seg ned i et borehull som er boret i sjøbunnen. Foringsrørstrengen er vanligvis forankret ved hjelp av betong som er anordnet mellom det ytre foringsrørs utside og borehullets innside.

Rundt den indre omkrets til boringen i brønnhodet 22 er anordnet en skrått innadragende ansats 34 som virker til å under-støtte de indre foringsrørstrenger i brønnhodet. En første indre foringsrørstreng 36 som er fastskrudd til et røroppheng 38, er vist anordnet konsentrisk i det ytre foringsrør 32. Røropphenget 38 er dimensjonert til å passe inn i brønnhodeskålen, og er av-faset ved 38a rundt sin nedre omkrets, slik at den ligger jevnt an mot og understøttes av brønnhodets skrått innadragende ansats 34. Et ringformet pakningselement 40a er anordnet mellom brønn-hodets innvendige vegg 42 og røropphengets 38 ytterflate 44. Pak- ■ ningselementet 40a innbefatter en ringformet tetningsring 45a som består av et elastisk materiale såsom gummi, anordnet mellom et par metallringer 46a og 48ac Metallringene 46a og 48a utøver trykk mot den elastiske tetning 45a slik at tetningen utvider seg og danner en fluidtett avsperring mellom brønnhodets innvendige overflate 42 og røropphengets 38 utvendige overflate 44.

På lignende måte er et annet ringformet røroppheng 50 opplagret på den øvre skrå ansats 39 til det første røroppheng 38. Med den innvendige boring i røropphenget 50 er forbundet en innvendig foringsrørstreng 52 hvis øvre ende er skrudd inn i nedre del av røropphenget 50. Et annet ringformet pakningselement 4 0b omfattende en elastisk tetningsring 45b og et par metallringer 46b og 48b, er anordnet mellom brønnhodets innvendige vegg 42 og rør-opphengets 50 ytre overflate 54. Ringene 46b og 48b er montert på hver side av den elastiske tetningsring 45b. Dette andre pakningselement danner en fluidavsperring•mellom brønnhodets 2 2

indre vegg og det andre røropphengs 50 ytre omkrets.

Et tredje røroppheng 56 er på lignende måte opplagret på øvre del av røropphenget 50, og benytter et tredje pakningselement 40c med et par metallringer 46c og 48c anordnet på hver side av en elastisk tetningsring 45c. Øvre ende av en tredje innvendig foringsrørstreng 5 7 er innskrudd i nedre ende av røropphenget 56. Sement 59 er anbragt mellom den innvendige overflate i hvert fo-ringsrør og utsiden på det påfølgende mindre, konsentriske fo-ringsrør .

Brønnhodets 22 øvre ende er forbundet med sikkerhetsventilgruppen 20 av den type som vanligvis benyttes ved undervanns- boreoperasjoner. Selv om sikkerhetsventilgruppen normalt innbefatter flere ventiler av sluseventiltypen (ram type) og én ventil av omslutningstypen (bag type) hver av hvilke kan benyttes for å hindre trykkfluid, gass, slam eller en kombinasjon av disse væsker og gasser fra å tvinges gjennom brønnhodet og opp til overflaten, er bare en enkelt sikkerhetsventil 60 vist på tegningen av foreliggende oppfinnelse. På fig. 2 er vist en del av en borestreng 6 2 som strekker seg ned gjennom sikkerhetsvéntil-gruppens 20 innvendige boring, idet sikkerhetsventilen 60 danner en lufttett avsperring mellom sikkerhetsventilgruppens 20 innvendige vegg og borestrengens 6 2 ytre omkrets, slik at et kammer 64 avsperres og slik at fluider og/eller gass hindres fra å unnslippe oppover fra kammeret 64.

En stort sett sylinderformet testplugg 66 er fastskrudd på nedre ende av borestrengen 6 2 idet testpluggens nedre ende er innrettet til å passe inn i boringen til det øverste røroppheng 56. En elastisk ring 68 er anordnet i et spor 70 i testpluggens nedre parti for å danne en trykktett tetning mellom pluggen 6 6 og røropphengets 56 innervegg, hvorved fluid hindres fra å trenge inn i boringen i det indre foringsrør 57, mens det øvre pakningselement 40c testesc En "choke and kill" ledning 72 er forbundet med kammerets 64 øvre parti, slik at trykkfluid kan pumpes fra overflaten gjennom denne ledning inn i kammeret 64 umiddelbart over det øvre pakningselement 4 0c.

Et antall trykkpåvirkbare givere 74 - 77 er montert i brønnhodets 22 sidevegger, idet den øvre giver 74 er plassert for overvåking av trykket i kammeret 6 4 og hver av de andre givere 75 - 77 er plassert for overvåking av trykket i et ringformet rom umiddelbart under et av pakningselementene 40a - 40c. F.eks. er den trykkpåvirkbare giver 75 plassert for overvåking av trykket i rommet 78c under pakningselementet 4 0c. Dersom tetningen 45c i det øvre pakningselement 4 0c skulle lekke når trykkfluid pumpes gjennom ledningen 72 inn i kammeret 64, vil fluid som presses for-bi pakningen 45c føres inn i området 78c mellom røropphengets 56 ytre omkrets og brønnhodets 22 innervegg 42. Denne fluid får trykket i rommet 78c til å øke og frembringer en forandring i signalet som avgis fra giveren 75.

Signaler fra de trykkpåvirkbare givere 74 - 77 kan via et antall ledninger 80 - 83 føres til en vanntett koplingsboks 85, og derfra til overflaten ved hjelp av en kabel 87 hvor disse signa ler angir trykket i hvert av kamrene i brønnhodet 22. Når brønnhodet er beliggende en betydelig avstand under vannover-flaten, kan det være mer hensiktsmessig å anordne en ultralyd-sender i koplingsboksen 85 og eliminere kabelen 87. Signaler kan overføres fra ultralydsenderen og mottas ved sjøoverflaten.

Etter at borehullet er boret i sjøbunnen opprettes brønnhodet 2 2 ved å montere det på øvre ende av den ytre forings-rørstreng 32 som deretter nedsenkes i borehullet 26 og støpes på plasso Et hull med noe mindre diameter bores så dypere ned i sjøbunnen det første røroppheng 38 skrues på øvre ende av den påfølgende foringsrørstreng 36 og senkes ned på brønnhodeskålen slik at røropphenget 38 hviler på den innadrettede skråansats 34 i brønnhodet 22. Sement pumpes ned gjennom boringen i forihgs-røret 36, ut gjennom foringsrørets bunnende, oppover mellom fo-ringsrørets utside og borehullets innside, og endelig inn i ringrommet mellom foringsrørets 36 utside og det ytre forings-rørs 32 innside. Det første pakningselement 40a plasseres så i den på fig. 2 viste stilling med den elastiske tetningsring 45a beliggende mellom metallringene 46a og 48a. Tetningsringen 45a er svakt sammentrykket mellom innerveggen 4 2 til brønnhodet og den ytre overflate 44 til røropphenget 38, slik at det dannes en trykktett avsperring mellom disse to flater. En testplugg 66 senkes så ned på øvre ende av røropphenget 38 og skyves i stilling for å danne en tett avsperring mellom kammeret 64 og fo-ringsrørstrengens 36 øvre boring. Sikkerhetsventilen 60 lukkes rundt borestrengen 6 2 for lokalisering av det område i hvilket trykket økes for å teste pakningselementet.

Et trykkfluid pumpes deretter inn i kammeret 64 gjennom "choke and kill" ledningen .72, slik at det dannes en trykkforskjell over tetningselementet 40a. Trykket i kammeret 64 avfø-les av den trykkpåvirkbare giver 74 for registrering av verdien av trykket, i dette kammer. Giveren 77 avføler trykket i ring- - rommet 78a mellom den innvendige overflate på veggen til brønn-hodet 22 og foringsrørstrengens 36 ytre overflate. Dersom in-gen lekkasje forekommer i pakningselementet 40a vil trykket i ringrommet 78a være forholdsvis lavt og antyde en god tetning. Dersom det imidlertid er en lekkasje i pakningselementet 4 0a vil trykket i rommet 78a stige og bevirke at giveren 77 avgir et sig-nal som angir denne trykkverdi„ Dersom en trykkstigning registreres utskiftes eller justeres pakningselementet 40ao

Det andre røroppheng 5 0 blir så skrudd på øvre ende av den påfølgende innvendige foringsrørstreng 52 og plasseres som vist på øvre ende av det første røroppheng 38. Sement pumpes inn i rommet mellom foringsrørets 5 2 utside og foringsrørets 36 innside, og tetningselementet 40b monteres. Testpluggen 66 senkes ned i øvre ende av røropphenget 50. Fluid pumpes igjen inn i kammeret 64 for å teste pakningselementet 40b. Lekkasje gjennom pakningselementet 4 0b detekteres ved hjelp av den trykkpåvirkbare giver 76.

Det tredje røroppheng 56 skrues på øvre ende av den innerste foringsrørstreng 57 og senkes i stillingen vist med røropphenget 56 hvilende på øvre del av røropphenget 50. Sement pumpes inn i rommet mellom foringsrørets 5 7 utside og forings-rørets 52 innside, og pakningselementet 40c plasseres så i stillingen vist på fig. 2. Testpluggen 66 monteres i den på fig. 2 viste stilling, og trykkfluid pumpes igjen inn i kammeret 64. Eventuell lekkasje i pakningselementet 4 0c følges av en trykkstigning i området 78c, og en slik trykkstigning registreres av den trykkpåvirkbare giver 75.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en enkel inn-retning for testing av tetningsringene i hvert av pakningselementene i et fjerntliggende brønnhode. Sementen pumpes inn i rom-mene mellom de forskjellige konsentriske foringsrør på vanlig måte, og sikkerhetsventilen benyttes på konvensjonell måte, hvorved man bare får forholdsvis små endringer i operasjonspro-sedyrene. De trykkpåvirkbare givere kan plasseres i brønnhode-veggen og hvert av pakningselementene kontrolleres idet de settes på plass.

Selv om den antatt beste konstruksjon for utførelse av foreliggende oppfinnelse er vist og beskrevet her, vil det være klart at modifikasjoner og variasjoner kan utføres uten å avvike fra oppfinnelsens ramme.

Claims (1)

1. Apparat for detektering av en lekkasje i en ringformet V tetning anordnet mellom et indre rørelements utside og et brønn-hode i hvilket det indre rørelement er opphengt, karakterisert ved organer (66) for å isolere boringen i det indre rørelement (57) fra rommet direkte over tetningsringen (45c), organer (72) for ansetting av trykk på toppen av tetningsringen (45c) for å frembringe en trykkforskjell over tetningsringen, en første trykkpåvirkbar giver (75), organer (59) for å isolere rommet under tetningsringen (4 5c) hvorved trykket under tetningsringen øker som følge av eventuell lekkasje gjennom tetningen, samt organer for å forbinde den trykkpåvirkbare giver med et kammer under tetningsringen for å detektere endringer i trykk under tetningsringen som reaksjon på en lekkasje gjennom denne på grunn av trykkforskjellen over tetningen.

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved organer for å isolere rommet under tetningen, for å bevirke at trykket under tetningsringen øker som følge av eventuell lekkasje gjennom tetningen. 3o Apparat ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det innbefatter en annen trykkpåvirkbar giver, samt organer for å forbinde den andre trykkpåvirkbare giver med rommet over tetningsringen for registrering av trykket over tetningen .

4. Apparat ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at det innbefatter organer for overføring av signaler fra den trykkpåvirkbare giver til et sted hvor signalene kan registreres.

5. Apparat ifølge krav 1 eller 2, hvor fluid under trykk ansettes på toppen av tetningsringen for å frembringe trykkforskjellen over tetningsringen, karakterisert ved organer for montering av den første trykkpåvirkbare giver i brønnhodeveggen under tetningsringen, idet den første trykkpåvirkbare giver registrerer trykket i et rom mellom utsiden av det indre rørelement og brønnhodets innside, samt en andre trykkpåvirkbar giver montert i brønnhodeveggen over tetningsringen for å registrere trykket over tetningsringen. tfjo. Apparat ifølge krav 5, karakterisert ved organer for overføring av trykkfluid til rommet over tetnings- .ringen.

7. Apparat ifølge krav 5 eller 6, karåkteri-s e r t ved organer for isolering av rommet mellom rørelementets utside og brønnhodets innside, hvorved trykket under tetningsringen bringes til å stige som følge av lekkasje gjennom tetningen.